KARAKTERISTIK BIO-OIL SAMPAH KOTA BANDAR LAMPUNG

MENGGUNAKAN METODE PIROLISIS ISOTERMAL

BERKATALIS ALAM

(Skripsi)

Oleh

Ali Mustofa

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2016

ABSTRAK

Karekteristik Bio-oil Sampah Kota Bandar Lampung Menggunakan Metode

Pirolisis Isotermal Berkatalis Alam

Oleh

Ali Mustofa

Penelitian ini mempelajari proses konversi sampah kota menjadi bio-oil

menggunakan metode pirolisis isotermal berkatalis. Jenis reaktor yang digunakan

yaitu fixed bad yang terbuat dari baja stainlis stell berdiameter dalam 16 cm

dengan tebal 3 mm. Adapun sampah yang digunakan berasal dari tempat

pembuangan pembuangan akhir (TPA) Bakung, Bandar Lampung yang meliputi

sampah biomassa, plastik, kertas, karet dan tekstil. Untuk temperatur pirolisis

yang digunakan yaitu 400ºC dengan waktu perangkahan selama 60 menit dan

rasio penambahan katalis 1:4, 1:2, 3:4 dan 1:1. Katalis yang digunakan yaitu

kaolin yang berasal dari Ambarawa Pringsewu dan zeolit yang berasal dari CV

Minatama Bandar Lampung. Sebelum digunakan, katalis diaktivasi menggunakan

aktivasi termal pada temperatur 500ºC selama 2 jam. Bio-oil hasil pirolisis

kemudian di uji laboratorium meliputi uji GC-MS (Gas Chromatography-Mass

Spectrometry), viskositas kinematik, densitas, flash point, ask content dan water

content. Hasil pengujian menunjukkan kehadiran katalis alam meningkatkan

fraksi gas dan untuk pengujian GC-MS dengan rasio 1:2 menunjukkan bahwa

penggunaan kaolin mempunyai aktivitas yang lebih baik dibandingkan zeolit. Ini

terlihat dari fraksi hidrokarbon kaolin yang mempunyai fraksi C5-C12 65,38%,

fraksi C12-C20 33,49% dan fraksi >C20 0,5%. Untuk pengujian zeolit, mempunyai

peningkatan fraksi C12-C20 48,371,62%, fraksi C5-C12 51,62% dan fraksi > C20 0%.

Pengujian pirolisis isotermal mempunyai fraksi C5-C12 60,29%, fraksi C12-C20

37,11% dan fraksi >C20 0,55%. Untuk tipe senyawa hidrokarbon penyusun bio-oil

didominasi senyawa olefin dan parafin dan sedikit senyawa aromatik. Hasil

pengujian sifat fisik bio-oil dan dibandingkan dengan bahan bakar konvensional,

bio-oil mempunyai densitas setara diesel 48, viskositas setara diesel 48. Akan

tetapi mempunyai volume kandungan air diatas batas yang dizinkan yaitu 0,05%

dan mempunyai kandungan padatan cukup tinggi untuk zeolit 7,5% dan kaolin

11%. Padatan ini akan merugikan ketika bio-oil digunakan untuk mesin

pembakaran dalam.

Kata Kunci: sampah kota, pirolisis, katalis, fraksi hidrokarbon

ABSTRACT

Bandar Lampung Municipal Solid Waste Bio-oil Characteristic Using Isothermal Pyrolysis Method With Natural Catalyst

by

Ali Mustofa

The aim of this research is to learn about the conversion process of municipal

solid waste (MSW) to be bio-oil using isothermal catalytic pyrolysis method. The

reactor which is used was fixed bed type that made from stainless steel with 16

cm diameter and 3 mm thickness. The municipal solid waste that taken from

landfills (TPA) Bakung, Bandar Lampung were biomass, plastic, pulp, rubber and

textile. Pyrolysis temperature work at 400 with cracking time about 60 minute

with adding ratio 1:4, 1:2, 3:4 and 1:1. Kaolin as a catalyst that used is from

Ambarawa Pringsewu and zeolit from Sidomulyo Lampung Selatan. Catalyst

should be activated by thermal activation process at 500 about 2 hours before

used. The bio-oil as the product of pyrolysis tested at laboratory include GC-MS

(Gas Chromatography-Mass Spectrometry), kinematic viscosity, density, flash

point, ask content and water content test. The result showed that presence natural

catalyst increase the gaseous fraction. For GC-MS test with 1:2 ratio, kaolin

showed a better activity than the zeolit. It was known by the kaolin hydrocarbon

that had C5-C12 65,38%, C12-C20 33,49% and >C20 0,5% fraction. For the zeolit

test, there was an icreasement of fraction C12-C20 51,62%, C5-C12 48,37% and

>C20 0%. The isothermal pyrolysis had C5-C12 60,29%, C12-C20 37,11% and >C20

0,55% fraction. For the hydrocarbon, the properties of bio-oil dominated by olefin

and paraffin and a bit of aromatic hydrocarbon. If the physical test result of bio-oil

compared with the conventional fuel, it has the same density and viscosity value

of diesel 48. But, it has a higher water content volume more than allowed limit

0,05% and much higher solid content about 7,5% of zeolit and 11% of kaolin.

This solid content could harm if is used in the internal combustion engines.

Key Word: municipal solid waste, pyrolysis, catalyst, hydrocarbon

fraction

KARAKTERISTIK BIO-OIL SAMPAH KOTA BANDAR LAMPUNG

MENGGUNAKAN METODE PIROLISIS ISOTERMAL

BERKATALIS ALAM

Oleh

Ali Mustofa

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

2016

DEDIKASI KARYA SEDERHANA INI TERBAGI MENJADI SEPULUH

UNTUK BAPAK (BEJO)

UNTUK MAMAK (JAINEM)

UNTUK ADIKKU (ANDIN WINDRI MEILANI)

UNTUK KELUARGAKU

UNTUK PARA DOSEN TEKNIK MESIN

UNTUK SEMUA SAHABAT DEKATKU

UNTUK TEMAN-TEMANKU

UNTUK ADIK-ADIK REKAN PENELITIAN

UNTUK ALMAMATERKU

DAN UNTUKMU

PEJUANG-PEJUANG TEKNIK MESIN UNILA

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Desa Restu Buana Kecamatan

Rumbia Kabupaten Lampung Tengah pada 21 Oktober

1991, sebagai anak pertama dari dua bersaudara, dengan

orang tua Bapak Bejo dan Ibu Jainem. Jenjang pendidikan

pertama yang dijalani penulis adalah Pendidikan Sekolah

Dasar Negeri 3 Restu Buana pada tahun 1997 hingga tamat

tahun 2003. Selanjutnya penulis duduk di Sekolah

Menengah Pertama Negeri 2 Rumbia, akhirnya pada tahun 2006 penenulis lulus

dari salah satu SMP Negeri di kecamatan Rumbia. Kemudian pada tahun 2006

penulis berhenti mengeyam pendidikan formal, dan melanjutkan pendidikan

informal yaitu belajar di Pondok Wali Barokah, Burengan, Banjaran, Kediri

sampai awal tahun 2008. Kemudian penulis mempraktekkan ilmu yang diperoleh

untuk mengajar di Taman Pendidikan Al-Quran di Desa Taman Fajar Kecamatan

Purbolinggo Lampung Timur. Seiring dengan mengajar TPA, pada tahun 2008

penulis kemudian melanjutkan pendidikan formal di SMA N 1 Purbolinggo yang

merupakan salah satu SMA terfavorit di Lampung Timur, akhirya pada tahun

2011 penulis lulus dari jenjang pendidikan SMA. Selama menjalani pendidikan

SMA, penulis aktif dalam organisasi intern sekolah. Penulis aktif dalam kegiatan

KIR (Kreasi Ilmiah Remaja) dan pernah menjabat sebagai wakil ketua pada tahun

2009-2010, aktif dalam ekstra kurikuler Rohani Islam (Rohis) dan pada tahun

2010 penulis dapat menyumbangkan 1 gelar juara yaitu juara 1 tartil Al-quran

tingkat SMA se-Kabupaten yang diselenggarakan di Way Jepara, 1 gelar tingkat

SMA se-Provinsi yaitu juara 3 tahfidz Al-quran yang diselenggarakan di SMA N

3 Metro. Selain itu penulis juga aktif dalam ektra kurikuler sepak bola dan sering

mengikuti turnamen-turnamen SMA di Tingkat Kabupaten dan sekitarnya.

v

Pada tahun 2011, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Mesin

Universitas Lampung (Unila) melalui seleksi yang pada waktu tersebut bernama

Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama duduk

dibangku kuliah, penulis mendapatkan beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik

(PPA) oleh dikti selama satu tahun. Selama berstatus mahasiswa, penulis pernah

menjadi asistan mata kuliah Termodinamika tahun 2015. Kemudian menjadi

asistan praktikum Fisika Dasar, Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika, Teknik

Kendali dari tahun 2013-2015, menjadi asistan Pengkondisian Udara, Heat

Exchanger, Heat Transfer tahun 2015-2016. Semasa kuliah pada tahun 2014,

penulis melakukan kerja praktik di PT Pertamina Geothermal Energy Area

Kamojang dengan subjek yang dikaji adalah Condition Monitoring Ultrasonic

Bearing Motor dan Trending Vibrasi Gearbox Cooling Tower Fan pada PLTP

Unit IV PT. Pertamina Geothermal Energy Area Kamojang.

Mulai tahun 2013, penulis aktif menggeluti kegiatan hibah mahasiswa maupun

penelitian Dosen dari dikti, dimana sepanjang kuliah penulis telah mengikuti 6

Hibah mahasiswa dan satu penelitian Dosen. Penulis juga aktif dalam komunitas

kreativitas yang ada di kampus dengan salah satu kegiatannya adalah pembuatan

mobil hemat energi dan pesawat tanpa awak. Selain itu penulis dan tim juga

pernah merancang sebuah alat sterilisasi baglog jamur untuk industri kecil di

Muara Enim Sumatera Selatan. Prestasi penulis dalam kancah nasional yaitu,

penulis pernah menjadi 10 finalis terbaik Lomba Nasional Rancang Bangun

Mesin yang diadakan oleh Badan Kerjasama Teknik Mesin (BKSTM) Se-

indonesia bekerjasama dengan AUTODESK di Banjarmasin tahun 2016 dan

mendapatkan peringkat 6 Nasional. Selain itu, penulis juga pernah menjadi finalis

beserta tim dalam ajang Kontes Mobil Hemat Energi (KMHE) 2016 Yang

diadakan oleh KEMENRISTEK DIKTI berkolaborasi dengan Universitas Gadjah

Mada mewakili Universitas Lampung. Untuk kancah lokal, penulis pernah

menerima penghargaan dari Bupati Lampung Tengah atas keberhasilannya

menjadi juara 1 kategori umum pada kegiatan Apresiasi Penelitian dan

Pengembangan Teknologi Terapan Kabupaten Lampung Tengah tahun 2015 dan

menjadi finalis dalam ajang yang sama tahun 2016. Selain itu, penulis juga pernah

menerima penghargaan dari Gubernur Lampung atas keberhasilan menjadi juara 1

vi

kategori peneliti bersama tim pada kegiatan Lomba Anugerah Inovasi Daerah

BALITBANGNOVDA Provinsi Lampung Tengah tahun 2016. Untuk lingkup

Unila, penulis pernah mendapatkan juara 1 poster Program Kreativitas Mahasiswa

pada Dies Natalis ke-50 Universitas Lampung tahun 2015. Selama menjadi

mahasiswa, penulis juga aktif dalam kegiatan organisasi. Adapun organisasi yang

diikuti adalah Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) dan Badan

Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknik, tahun 2012-2013 menjabat sebagai

anggota Penelitian dan Pengembangan, tahun 2013-3014 sebagai sekertaris

Peningkatan Sumber Daya Manusia (PSDM).

“Allah akan mengangkat derajatnya orang-orang yang berimanan dan orang-orang

yang berilmu dari kalangan kalian”

(Al-Qur’an Al-mujadalah; 11)

“Mencari ilmu itu wajib bagi setiap orang islam”

(Hadist RiwayatIbnu Majah)

“Barang siapa yang mencari ilmu maka orang-orang yang ada di langit dan di

bumi akan memintakan ampunan untuknya, bahkan ikan-ikan yang ada di air juga

ikut memintakan ampun”

(Hadisr Riwayat Ibnu Majah)

“ I have not failed, I’ve just found 10,000 ways that won’t work”

(Thomas Alfa Edison, 1879-1955)

“Succes usually comes to those who are too busy to be looking for it”

(Henry David Thoreau, 1817-1862)

“Ingat Mati”

(Ali Mustofa)

“Jangan sia-siakan waktu tanpa berbuat sesuatu yang bermanfaat”

(Ali Mustofa)

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT. Karena-Nya

penulis diberi banyak kenikmatan dan kerahmat sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan syarat untuk mencapai gelar

Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

Skripsi ini disusun berdasarkan studi pustaka dan eksperimental di Laboratorium

Termodinamika dan Laboratorium Baja, dengan mengkaji subjek pirolisis

berkatalis untuk sampah kota Bandar Lampung menjadi bahan bakar cair.

Didalam skripsi ini disajikan resume terkait pirolisis biomassa, katalis, bahan

baku, parameter teknis dan operasional reaktor pirolisis berkatalis. Kemudian

pemaparan hasil penelitian pirolisis berkatalis terhadap sampah kota yang

didalamnya terdapat karakteristik bio-oil, baik itu karakteristik berdasarkan sifat

fisiknya maupun karakteristik berdasarkan sifat kimianya. Semua sumber yang

dirangkum dan dijadikan acuan, bersal dari handbook pyrolisis, handbook bimass,

jurnal prosiding nasional maupun internasional, dan beberapa tugas akhir kawan-

kawan mahasiswa dari kampus ternama di pulau Jawa. Hasil dari penelitian baik

berupa data pengujian pirolisis maupun data hasil analisis kandungan di

x

Laboratorium disajikan secara terstruktur didalam skripsi ini sehingga para

pembaca dapat memahaminya secara utuh dan mudah.

Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang

selama ini telah membantu dari awal pembuatan alat hingga selesainya skripsi ini,

Pihak tersebut diantaranya adalah:

1. Kedua orang tuaku tercinta, ibu ( Jainem) dan bapak (Bejo), adikku (Andin

Windi Meilani), dan seluruh keluarga pebulis yang selalu memberikan doa,

kesabaran, pengertian, dan dukungan penuh sepanjaang penulis menyelesaikan

skripsi;

2. Bapak Ahmad Su’udi, S.T., M.T., sebagai Kajur Teknik Mesin Unila;

3. Bapak Indra Mamad Gandifi, S.T.,M.T., selaku mentor di lapangan untuk

skripsi saya, yang telah banyak memberikan ilmunya dan waktunya dalam

penyelesaian skripsi ini;

4. Bapak M. Dyan Susila, S.T.,M.Eng., selaku Pembimbing I, yang telah banyak

memberikan diskusi dan masukan berdiskusi kelancaran skripsi ini;

5. Bapak A. Yudi Eka Risano, S.T.,M.Eng., selaku Pembimbing II, yang telah

banyak meluangkan waktu berdiskusi untuk kelancaran skripsi ini;

6. Bapak Dr. Amrul, S.T.,M.T., selaku Penguji, yang telah banyak meluangkan

waktu berdiskusi dan banyak memberikan koreksi untuk kelayakan skripsi ini;

7. Bapak/ibu dosen yang telah memberikan ilmunya kepada penulis, sehingga

penulis dapat mengaplikasikan ilmunya di dalam skripsi ini;

xi

8. Saudara Bowo, Andicha, Fadli dan Syarif, selaku teman seperjuangan skripsi

dari Teknik Mesin Universitas Lampung yang membantu selama proses

penelitian;

9. Teman-teman Teknik Mesin 2011 yang menjadi teman penulis dari awal

mengeyam pendidikan di Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung selama

ini, kalian luar biasa;

10. Saudari Medi Kurnia Putri yang telah memberikan dukungan-dukungannya dan

bantuannya selama penyelesaian skripsi;

11. Adik-adikku, Imam, Jaya, Angga Amiraj, Danu, Adi dab Binto yan membantu

proses pengambilan data;

12. Teman-teman dan adik-adikku di Komunitas Kreativitas Universitas

Lampung, Mbak Nisa, Adi Yusup, Tata, Putu, Tio, Aang, Danu, Bagus Bopak,

Riki, Angga, Didi, Isma, Wahyu, Bambang, Dendi, Eko dan Vidi yang telah

menjadi patner berkreativitas, teruskan perjuangan kalian menuju Shell Eco

Marathon Asia;

13. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung;

14. Mas Nanang selaku penjaga Laboratorium Terpadu Teknik Mesin yang telah

meminjamkan kunci pintu utama Laboratorium Terpadu Teknik Mesin;

15. Mas Pono yang sudah meminjamkan kunci Laboratorium Baja sehingga

penulis dapat menyelesaikan pengambilan data demi berlangsungnya skripsi;

16. Pihak-pihak lain yang telah banyak membantu saya dalam penyelesaian skripsi

yang tidak bisa disebutkan satu persatu;

xii

Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan yang terdapat pada skripsi ini.

Penulis sangat mengharapkan skripsi yang sederhana ini dapat memberikan

inspirasi dan berguna bagi kalangan civitas akademik maupun masyarakat

Indonesia. Aamiiiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar Lampung, 11 Agustus 2016

Penulis

Ali Mustofa

DAFTAR ISI

Halaman

SANWACANA .................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xix

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang.................................................................................. 1

B. Tujuan ............................................................................................... 6

C. Batasan Masalah .............................................................................. 6

D. Sistematika Penulisan Laporan......................................................... 7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Biomassa........................................................................................... 9

B. Konversi Biomassa ......................................................................... 13

1. Konveri Biokimia ...................................................................... 13

2. Konversi Termokimia ............................................................... 15

C. Metode Pirolisis .............................................................................. 18

1. Produk Pirolisis .......................................................................... 21

2. Jenis Pirolisis ............................................................................. 23

3. Parameter Pirolisis ..................................................................... 26

4. Karakteristik bio-oil Pirolisis ..................................................... 29

5. Fraksi Hidrokarbon Bahan Bakar Minyak ................................. 33

D. Katalis Pirolisis ............................................................................... 36

1. Jenis Katalis Berdasarkan Fasa .................................................. 37

2. Komposisi Katalis ...................................................................... 38

3. Parameter katalis ....................................................................... 39

4. Contoh Katalis ........................................................................... 41

5. Aktivasi Katalis ........................................................................ 43

6. Degradasi Katalis ....................................................................... 45

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan..................................................... 47

B. Tahapan Penelitian ........................................................................ 47

C. Alat dan Bahan .............................................................................. 48

D. Rangkaian Unit Phyrolizer ............................................................. 59

E. Metode Pengambilan Data .............................................................. 60

F. Pengujian Laboratorium .................................................................. 61

xiii

G. Alur Pengambilan Data .................................................................. 63

H. Variabel Pengujian ......................................................................... 64

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Pengujian ....................................................................................... 66

B. Distribusi Produk ............................................................................ 68

1. Pengaruh Konsentrasi Katalis Terhadap Distribusi Produk ...... 71

2. Pengaruh Jenis Katalis Terhadap Distribusi Produk ................. 90

C. Analisis Laboratorium ................................ .. ...............................117

BAB V. PENUTUP

A. Kesimpulan .................................................................................. 127

B. Saran ............................................................................................ 128

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Distribusi produk dalam pirolisis ........................................................ 25

Tabel 2.2 Fraksi-fraksi hidrokarbon .................................................................... 34

Tabel 3.1 Variasi Percobaan ................................................................................ 64

Tabel 3.2 Tabel Percobaan Katalis kaolin ........................................................... 64

Tabel 3.3 Tabel Percobaan Katalis Zeolit ........................................................... 64

Tabel 4.1 Data pengujian pirolisis isotermal berkatalis ...................................... 67

Tabel 4.2 Propertis produk bio-oil komparasi dengan minyak konvensional ... 124

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Skema proses penanganan sampah kota .......................................... 3

Gambar 2.1 Klasifikasi sampah............................................................................ 9

Gambar 2.2 Struktur selulose ............................................................................. 11

Gambar 2.3 Struktur lignin ................................................................................. 12

Gambar 2.4 Klasifiasi konversi biomassa .......................................................... 13

Gambar 2.5 Produksi termokimia ...................................................................... 15

Gambar 2.6 Pembakaran .................................................................................... 16

Gambar 2.7 Gasifikasi ....................................................................................... 17

Gambar 2.8 Pirolisis partikel biomassa .............................................................. 19

Gambar 2.9 Proses dekomposisi hidrokarbon .................................................... 20

Gambar 2.10 Produk pirolisis ............................................................................... 22

Gambar 2.11 Termogravimetri lignoselulosa ....................................................... 24

Gambar 2.12 Diagram energi katalis dan tanpa katalis ....................................... 36

Gambar 2.13 Porositi katalis ................................................................................ 39

Gambar 3.1 Reaktor .......................................................................................... 49

Gambar 3.2 Pemanas ......................................................................................... 50

Gambar 3.3 Kondensor ...................................................................................... 50

Gambar 3.4 Tabung sampel uji .......................................................................... 51

Gambar 3.5 Kran ¼ inchi ................................................................................... 51

Gambar 3.6 Thermocouple ................................................................................. 52

Gambar 3.7 Timbangan digital ........................................................................... 52

Gambar 3.8 Sarung tangan ................................................................................. 52

xvi

Gambar 3.9 Masker ............................................................................................ 53

Gambar 3.10 Gas nitrogen (N2) ............................................................................ 53

Gambar 3.11 Sampah organik .............................................................................. 55

Gambar 3.12 Sampah plastik................................................................................ 56

Gambar 3.13 Sampah kertas ................................................................................. 56

Gambar 3.14 Ban bekas ........................................................................................ 57

Gambar 3.15 Tekstil ............................................................................................. 58

Gambar 3.16 Katalis ............................................................................................. 58

Gambar3.17 Desain rangkaian alat uji ................................................................ 59

Gambar 3.18 Alur pengambilan data ................................................................... 63

Gambar 4.1 Sampah Kota Bandar Lampung...................................................... 66

Gambar 4.2 Grafik distribusi produk pada dolomit 400°C ................................ 71

Gambar 4.3 Produk cair kaolin 400°C ............................................................... 73

Gambar 4.4 Grafik fraksi kekentalan produk cair kaolin 400ºC ........................ 74

Gambar 4.5 Grafik distribusi produk pada kaolin 300°C ................................... 76

Gambar 4.6 Produk cair kaolin 300°C ............................................................... 79

Gambar 4.7 Grafik fraksi kekentalan produk cair kaolin 300°C ........................ 80

Gambar 4.8 Grafik distribusi produk katalis zeolit 400°C ................................. 81

Gambar 4.9 Produk cair zeolit 400°C ................................................................ 83

Gambar 4.10 Grafik kekentalan produk cair zeolit 400°C ................................... 83

Gambar 4.11 Distribusi produk katalis zeolit 300°C ........................................... 85

Gambar 4.12 Grafik kekentalan produk cair zeolit 300°C ................................... 88

Gambar 4.13 Produk cair zeolit 300°C ................................................................ 89

Gambar 4.14 Grafik konsentrasi katalis 1:4 terhadap mass yield (400°C) .......... 91

Gambar 4.15 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:4 (400°C) ........ 92

Gambar 4.16 Grafik konsentrasi katalis 1:4 terhadap mass yield (300°C) .......... 95

Gambar 4.17 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:4 (300°C) ........ 97

Gambar 4.18 Grafik konsentrasi katalis 1:2 terhadap mass yield (400°C) ......... 98

xvii

Gambar 4.19 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:2 (400°C) ...... 100

Gambar 4.20 Grafik konsentrasi katalis 1:2 terhadap mass yield (300°C) ........ 102

Gambar 4.21 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:2 (300°C) ...... 104

Gambar 4.22 Grafik konsentrasi katalis 3:4 terhadap mass yield (400°C) ........ 105

Gambar 4.23 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 3:4 400°C ........ 107

Gambar 4.24 Grafik konsentrasi katalis 3:4 terhadap mass yield (300°C) ......... 108

Gambar 4.25 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 3:4 (300°C) ...... 110

Gambar 4.26 Grafik konsentrasi katalis 1:1 terhadap mass yield (400°C) ........ 111

Gambar 4.27 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:1 (400°C) ...... 113

Gambar 4.28 Grafik konsentrasi katalis 1:1 terhadap mass yield (300°C) ......... 114

Gambar 4.29 Grafik distribusi produk cair konsentrasi katalis 1:1 400°C ......... 116

Gambar 4.30 Fraksi Hidrokarbon Bio-oil Pirolisis sampah kota ....................... 118

Gambar 4.31 Distribusi senyawa hidrokarbon bio-oil pirolisis sampah kota .... 121

DAFTAR SIMBOL

C = Karbon ; mol

H2 = Hidrogen ; mol

HHV = High Heating Valeu ; joule

HHVBO = High Heating Valeu Bio-oil ; joule

HHVBB = High Heating Valeu Bahan baku ; joule

MBO = Massa Bio-oil ; kg

MBB = Massa bahan baku ; kg

N = Nitrogen ; mol

O2 = Oksigen ; mol

S = Sulfur ; mol

Ym = Mass Yield ; wt%

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Indonesia sedang dihadapkan terhadap meledaknya jumlah penduduk dari

tahun ketahun. Tercatat pada tahun 2011 Indonesia menempati peringkat ke-4

sebagai negara dengan populasi penduduk terbesar di dunia, jumlah ini

diperkirakan mencapai 259 juta jiwa (Nina Susilo, 2011). Meledaknya jumlah

penduduk di Indonesia dari tahun ke tahun ini secara tidak langsung

mempengaruhi kebutuhan pasokan energi nasional (bahan bakar minyak)

terutama di sektor rumah tangga, transportasi dan industri dimana sebagian

besar disuplai dari bahan bakar fosil.

Berdasarkan data BPH migas, kebutuhan minyak di Indonesia untuk saat ini

sekitar 1,5 juta barel/hari. Sementara Indonesia baru mampu memproduksi

minyak sebesar 1 juta barel/hari (BPH MIGAS, 2012) sehingga terjadi

kekurangan bahan bakar minyak sekitar 0,5 juta barel/hari. Untuk menutup

kekurangan bahan bakar minyak ini, pemerintah masih mengandalkan impor

minyak dari Timur Tengah dan berefek membengkaknya subsidi APBN untuk

bahan bakar. Apabila ini terus berkelanjutan, maka ketergantungan energi

nasional akan semakin meningkat mengingat konsumsi energi Indonesia di

berbagai sektor seperti transportasi, industri, dan energi listrik untuk rumah

2

tangga terus meningkat dengan laju pertumbuhan 5,3% (Pambudi, 2013).

Melihat situasi ini, Indonesia yang hanya mempunyai cadangan minyak bumi

sekitar 4 miliar barel pada tahun 2012 (BPH MIGAS, 2012) berada diambang

ketidakstabilan bahan bakar minyak atau menghadapi situasi krisis energi.

Artinya, dengan produksi minyak nasional rata-rata 1 juta barel/hari maka

Indonesia hanya mempunyai cadangan minyak untuk 11 tahun ke depan.

Dengan cadangan energi fosil yang semakin menipis menimbulkan

kekhawatiran akan krisis energi apabila tidak dicari dan ditemukan sumber

energi baru. Dari kenyataan tersebut, pemanfaatan sumber energi alternatif

sebagai pengganti bahan bakar fosil perlu dilakukan.

Salah satu sumber energi alternatif yang dapat diterapkan adalah pemanfaatan

sampah kota. Sampah merupakan material sisa aktivitas mahluk hidup yang

mempunyai energi tersimpan dalam bentuk ikatan kimia. Energi tersimpan

yang dapat dibangkitkan dari sampah kota ± 20,57 MJ/kg (PASEK, 2007). Di

sisi lain, ketersediaan sampah kota selalu ada dan cenderung meningkat setiap

harinya serta tersedia dalam jumlah yang sangat besar menjadi masalah krusial

kota-kota besar di Indonesia karena penanganannya yang sudak tidak lagi

efektif, yaitu dengan mengandalkan metode open dumping dimana sampah

dikumpulkan di tempat pembuangan sementara (TPS) dan diangkut untuk

dibuang ke tempat pembuangan akhir (TPA). Apabila sampah yang ada di TPA

ini terus dibiarkan, maka sampah-sampah ini akan menyebabkan masalah

lingkungan seperti banjir, pencemaran air tanah, bau tak sedap (Alexandra,

2012) dan apabila sampah dibiarkan dalam jangka waktu yang lama akan

3

terdegradasi secara perlahan menjadi gas metan, dimana gas metan 20x lebih

berbahaya dibandingkan gas CO2 terhadap efek rumah kaca (DICLA, 2013).

1 2 3 4

Keterangan: 1. Limbah masyarakat.

2. Tempat pembuangan sementara.

3. Truk pengangkut sampah.

4. Tempat pembuangan akhir.

Gambar 1.1 Skema proses penanganan sampah kota

Seperti dilansir di BSNI tentang pengelolaan sampah di pemukiman, setiap

individu manusia akan menghasilkan sampah 2,5 L/orang/hari (BSNI, 2008).

Sehingga bila dikalkulasikan dengan jumlah penduduk Indonesia maka jumlah

total produksi sampah yang ada di Indonesia ± 647.500.000 L/hari dan untuk

jumlah penduduk di Bandar Lampung sekitar 942.002 jiwa (Wiriani, 2013)

akan menghasilkan jumlah total produksi sampah kota ± 2.355.005 L/hari atau

sekitar 2.355 m3/hari (setara 612,3 Ton/hari). Hal ini hampir sama dengan data

yang dilansir di situs resmi kota Bandar Lampung bahwa sampah yang masuk

ke TPA Bakung setiap harinya ± 750 ton (bandarlampungkota.go.id, 2013).

Dengan kata lain, kota Bandar Lampung berpotensi menghasilkan energi ±

15.427 GJ/hari atau setara dengan 178,5 MW panas dari sampah kota.

4

Melihat dua permasalahan besar yang ada, pemanfaatan sampah kota menjadi

sumber energi merupakan salah satu solusi terbaik. Dengan kandungan yang

dimiliki, sampah kota dapat dimanfaatkan untuk produksi bio-oil dengan teknik

pirolisis pengganti bahan bakar konvensional yang digunakan sekarang ini (M.

Saiful Islam, 2010). Saat ini, proses pirolisis terbukti mampu mengkonversikan

sampah kota menjadi bahan bakar cair atau bio-oil, dimana bio-oil yang

dihasilkan sebagian besar adalah bahan bakar hidrokarbon dengan jenis light

oil (naphtha) dan heavy oil (diesel) (LIU, 2012). Dalam satu dekade terakhir,

telah banyak penelitian yang dilakukan oleh berbagai kalangan mengenai

perlakuan sampah kota, akan tetapi bahan baku yang digunakan adalah

komponen tunggal sampah kota seperti plastik, biomassa, karet ban dan kertas

bukan sampah yang sesungguhnya (Funda Ates, 2013) (Norbert Miskolczi,

2013) (Lopez, 2010) (Agung dan Gandidi, 2012) (Ming Son, 2014).

Sementara, karakteristik sampah yang ada di Indonesia adalah sampah dengan

berbagai macam campuran limbah dan cukup sulit untuk dipisahkan serta

dikondisikan karena mempunyai volume yang cukup banyak. Oleh karena itu,

menguji sampah kota yang sesungguhnya menjadi bio-oil menjadi sesuatu

yang menarik.

Untuk proses pirolisis dengan bahan baku sampah kota sesungguhnya

(campuran) telah dilakukan oleh Indra Mamad Gandidi dkk (2015) dengan

metode termal pirolisis dengan pengumpanan bahan baku ketika reaktor

pirolisis sudah dalam kondisi temperatur pirolisis (200-600ºC) atau biasa

disebut pirolisis isotermal. Dalam proses pirolisis isothermal untuk

5

mendapatkan bahan bakar minyak dibutuhkan temperatur tinggi antara 400-

500°C, sehingga untuk mendapatkan hasil yang maksimal dibutuhkan energi

yang relatif besar. Selain itu, dari proses pirolisis termal banyak

mengkonversikan bahan baku ke dalam ikatan rantai karbon pendek (C<5)

sehingga didapatkan hasil non condensable gas (NCG) sekitar 50-65%,

padatan 24-35%, sedikit bio-oil sekitar 11-20%. Oleh karena itu, metode yang

dilakukan Indra Mamad Gandidi dkk dinilai kurang efektif dan efisien. Untuk

itu, supaya mendapatkan proses pirolisis yang efisien dan hasil atau bio-oil

yang baik perlu adanya perlakuan lain, biasanya proses pirolisis dilakukan

dengan bantuan katalis. Katalis dapat mempercepat laju reaksi sehinga dapat

meminimalkan energi yang digunakan dan juga dapat meningkatkan kualitas

produk liquid pirolisis. Katalis yang digunakan adalah katalis sintetis seperti Y-

zeolite, HZSM-5, Zeolit MCM-41, Fe2O3 karena katalis ini sangat baik untuk

proses cracking. Akan tetapi penggunaan katalis sintetis menjadi beban biaya

produksi apabila ditujukan untuk komersilisasi sampah kota. Untuk itu perlu

adanya penggunaan katalis yang murah dan melimpah di alam seperti zeolit

dan kaolin. Hal inilah yang melatarbelakangi penelitian yang akan dilakukan,

yaitu pengujian pirolisis isotermal dengan temperatur dan kadar air tetap

terhadap sampah kota Bandar Lampung sesungguhnya (campuran) dengan

penambahan dua variabel katalis alam serta perbandingan sampah dengan

katalis alam untuk melihat efek penambahan katalis alam terhadap kualitas bio-

oil yang dihasilkan pada proses pirolisis isotermal.

6

B. Tujuan

Adapun tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh penggunaan katalis alam terhadap temperatur pirolisis

pada proses pirolisis isotermal.

2. Mengetahui pengaruh penggunaan katalis alam terhadap mass yield pada

proses pirolisis isotermal.

3. Mengetahui pengaruh penggunaan katalis alam terhadap fraksi hidrokarbon

bio-oil yang dihasilkan pada proses pirolisis isotermal.

C. Batasan Masalah

Kajian pada penelitian ini memfokuskan terhadap penambahan katalis pada

proses pirolisis sampah kota Bandar Lampung untuk menghasilkan produk bio-

oil yang efektif dan efisien. Adapun beberapa batasan pada kajian ini sebagai

berikut:

1. Sampah yang digunakan sebagai bahan baku adalah sampah kota Bandar

Lampung yang berasal dari TPA Bakung yang terdiri dari sampah organik,

plastik, kertas, karet, dan tekstil.

2. Bahan baku yang digunakan dikeringkan dengan pengeringan alami dengan

sinar matahari.

3. Proses penelitian menggunakan metode pirolisis isotermal pada temperatur

400°C, 300°C dengan penambahan katalis alam (kaolin dan zeolit alam

Lampung).

4. Pengunaan katalis pada penelitian yaitu dengan variasi perbandingan 1:4,

1:2, 3:4, dan 1:1.

7

5. Masa sampah yang diuji disesuaikan dengan kapasitas alat uji yaitu 1 kg

dengan ukuran partikel ± 0,5-2 cm.

6. Penelitian ini tidak membahas reaksi kimia yang terjadi selama proses

pirolisis.

7. Alat uji yang digunakan yaitu unit phyrolizer yang terdiri dari reaktor

(autoclave), pemanas (heater), dan kondensor yang berada di Laboratorium

Termodinamika Teknik Mesin Universitas Lampung.

D. Sistematika Penulisan Laporan

Isi dari tugas akhir ini terdiri dari beberapa beberapa bab dengan substansi

yang berbeda-beda sebagai berikut:

I. PENDAHULUAN

Pada bab ini berisikan latar belakang, dilakukannya penelitian yang

menjelaskan tentang volume sampah kota Bandar Lampung, masalah

yang timbul dari sampah kota Bandar Lampung dan devisit energi yang

dialami Indonesia. Dengan demikian penelitian ini bertujuan untuk

memberikan solusi permasalahan sampah dan energi dengan lebih

menfokuskan pada penambahan katalis. Selain itu, penelitian ini dibatasi

dalam beberapa hal yang terdapat pada batasan masalah.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisikan referensi yang dijadikan sebagai landasan teori dalam

melakukan penelitian, dimana subbab pertama menerangkan tentang

biomassa dan komposisinya. Pada subbab selanjutnya menerangkan

tentang konversi biomassa. Subbab ke 3 menjelaskan proses pirolisis.

8

Subbab ke empat menjelaskan tentang fraksi hidrokarbon dan subbab ke

lima menjelaskan tentang katalis pada proses catalitic cracking.

III. METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini menjelaskan tentang tempat dan waktu melakukan pengujian,

tahapan pengujian, alat dan bahan pengujian, rangkaian alat pengujian,

metode pengujian, alur pengambilan data, dan variabel pengujian.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini menerangkan tentang hasil penelitian berupa data yang

dilakukan dalam penelitian seperti temperatur, katalis dan yield produk

proses pirolisis isotermal untuk mendapatkan produk pirolisis terbaik,

serta menganalisis karakteristik minyak hasil pirolisis isotermal.

V. PENUTUP

Bab ini menguraikan intisari dari semua analisis data percobaan,

termasuk saran yang berisikan uraian informasi.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan tentang literatur-literatur referensi yang digunakan dalam

penulisan dan penyusunan dalam laporan inti.

LAMPIRAN

Berisikan data-dana yang mendukung dalam penyusunan laporan ini.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Biomassa

1. Definisi Biomassa

Secara umum biomassa merupakan material biologis yang berasal dari

tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung dan dimanfaatkan

sebagai sumber energi. Biomassa seringkali disebut dengan bioresource

atau sumber daya hayati dan termasuk energi terbarukan karena dapat

disimpan, diganti, melimpah, dan merupakan karbon netral (Knoef, 2005).

Material-material yang dapat dikatakan sebagai biomassa sangat variatif

mulai dari tanaman, pepohonan, rumput, limbah hutan, residu pertanian,

residu hewan, residu manusia, hingga sampah hasil sisa aktivitas

masyarakat seperti sampah padat perkotaan (Yang, M, 2007).

Gambar 2.1 Klasifikasi sampah (Basu, 2010)

Renewable Resource Biomass

10

Material biomassa mempunyai energi tersimpan dalam bentuk ikatan kimia

antara molekul karbon, hidrogen dan molekul oksigen. Ketika ikatan kimia

massa dirusak, massa akan melepaskan energi kimia dalam bentuk gas, cair,

dan padat sesuai dengan perlakuan yang diberikan (McKendry, 2002). Gas

alternatif yang dihasilkan dari biomassa berupa gas CH4,CO2, CO, H2,

sedangkan untuk bio-fuel berupa ethanol, bio-diesel, methanol, vegetable

oil, dan phyrolisis oil. Adapun hasil biomassa yang berbentuk padatan yaitu

berupa charcoal dan terofaksi biomassa (Basu, 2010).

2. Komposisi Biomassa

Biomassa mempunya komposisi penyusun yang beragam dan berbeda-beda

sehingga berpengaruh pada reaktivitasnya, akan tetapi secara garis besar

biomassa mempunyai 5 komponen utama yaitu selulosa, hemiselulosa,

lignin, pati, dan protein. Dari segi penggunaan energi, biomassa yang

mengandung lignin dan selulosa dalam jumlah banyak berpotensi

menghasilkan energi yang lebih banyak (Knoef, 2005).

a. Selulosa

Selulosa (C6H12O6)n adalah sebuah polisakarida yang tersusun dari D-

glukosa yang terhubung secara seragam oleh ikatan β-glukosida. Derajar

polimerisasi selulosa ditunjukkan oleh n dengan nilai kisaran yang lebar

mulai dari beberapa ribu hingga puluhan ribu. Selulosa memiliki struktur

kristal dan memiliki resistansi yang tinggi terhadap asam dan basa.

Selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia, hanya dapat dicerna oleh

hewan yang mempunyai enzim selulase.

11

Gambar 2.2 Struktur selulose

b. Hemiselulosa

Hemiselulosa (C5H8O4)n adalah polisakarida dimana unit-unitnya terdiri

atas monosakarida dengan 5 karbon seperti D-xilosa, D-arabinosa, dan

monosakarida karbon-6 seperti D-manosa, D-galaktosa, dan D-glukosa.

Jumlah monosakarida karbon-5 lebih banyak dibandingkan

monosakarida karbon-6. Hemiselulosa mudah terurai dibandingkan

selulosa karena derajat polimerisasi hemiselulosa antara 50 sampai 200,

yaitu lebih kecil dari selulosa. Kebanyakan hemiselulosa dapat larut

dalam alkali.

c. Lignin

Lignin merupakan komponen makromelekul ketiga yang terdapat dalam

biomassa yang berfungsi sebagai pengikat serat. Struktur molekul lignin

terikat secara tiga dimensi sehingga menyebabkan lignin sulit diuraikan

oleh mikroorganisme dan bahan-bahan kimia lainnya.

12

Gambar 2.3 Struktur lignin

d. Pati

Seperti selulosa, pati merupakan polisakarida dimana unit komponenya

adalah D-glukosa, tapi pati dihubungkan oleh ikatan α-glikosida. Karena

perbedaan dalam srtuktur ikatan, maka selulosa tidak larut dalam air

sedangkan sebagian pati dapat larut dalam air panas (amilosa, dengan

bobot molekul antara 10.000 sampai 50.000 mencakup 10%-20% dari

pati) dan sebagian lagi tidak larut dalam air (amilopektin, dengan bobot

molekul antara 50.000 sampai 100.000 mencakup 80%-90% dari pati)

e. Protein

Protein merupakan senyawa makromolekul dimana asam amino

dipolimerisasi dengan derajat yang tinggi. Sifat-sifatnya berbeda

bergantung pada jenis dan rasio komponen asam amino dan derajat

polimerisasi itu sendiri. Protein bukan komponen utama biomassa dan

hanya meliputi proporsi yang rendah jika dibandingkan dengan 3

komponen sebelumnya (selulosa, hemiselulosa, lignin).

13

B. Konversi Biomassa

Konversi biomassa didefinisikan suatu proses perubahan biomassa menjadi

energi lain baik berbentuk cair, padat maupun gas. Secara umum konversi

biomassa dapat dilakukan dengan cara bio-kimia (biochemical) dan termokimia

(thermochemical) (Basu, 2010).

Gambar 2.4 Klasifiasi konversi biomassa (Basu, 2010)

1. Konversi Biokimia

Dalam konversi bio-kimia, molekul biomassa dirubah menjadi molekul

yang lebih kecil oleh bakteri maupun enzim. Pada proses biochemical

membutuhkan waktu lebih lama jika dibandingkan dengan konversi

termokimia. Tapi pada proses konversi bio-kimia tidak memerlukan banyak

energi dari luar. Ada tiga alur proses pada konversi bio-kimia, yaitu:

a. Penguraian (Disgestion)

Produk utama dari pada penguraian berupa metana dan karbondioksida

selain residu padat. Proses bio-kimia ini menggunakan bantuan bakteri

14

yang digunakan untuk mengurai zat-zat yang terkandung didalam

biomassa untuk menghasilkan metana maupun karbondioksida.

Penguraian terbagi menjadi atas dua proses, yaitu:

1. Penguraian anaerobik

Penguraian anaerobik (anaerobic digestion) adalah proses dimana

produk biomassa diproses dan dipecah menjadi biogas oleh bakteri

dengan tanpa kehadiran oksigen. Biogas ini terdiri dari unsur-unsur

seperti metana dan karbon dioksida yang dapat digunakan untuk

memproduksi listrik. Agar penguraian anaerobik terjadi, produk harus

bebas oksigen dan harus berada pada kondisi tertentu seperti tingkat

suhu, kelembaban dan pH yang sesuai. Temperatur yang cocok untuk

proses ini adalah antara 30-40oC dan 60-80

oC.

2. Penguraian aerobik

Penguraian aerobik (aerobic digestion) adalah proses dimana produk

biomassa diproses dan dipecah menjadi bio-gas oleh bakteri dengan

kehadiran oksigen mutlak. Agar penguraian aerobik terjadi, untuk

menghasilkan produk maka didalam tabung penguraian harus ada

oksigen dan harus berada pada kondisi tertentu seperti tingkat suhu,

kelembaban dan pH yang sesuai sekitar 6,5-8,5. Suhu yang cocok

untuk proses ini harus lebih tinggi daripada proses anaerob.

b. Fermentasi

Dalam ilmu biologi, fermentasi diartikan proses konversi gula menjadi

asam atau alkohol dengan bantuan bakteri atau ragi. Bakteri membantu

gula menjadi asam dan sedangkan ragi digunakan untuk produksi

15

alkohol. Fermentasi berlangsung dengan tanpa kehadiran oksigen

(anaerob).

2 Konversi Termokimia

Metode termokimia merupakan sebuah metode konversi untuk

memproduksi bahan bakar dari biomassa dimana metode ini

mengkonversikan biomassa secara termal (McKendry, 2002). Dalam

konversi termokimia, biomassa dirubah menjadi dalam bentuk padat, cair,

dan gas yang kemudian disintetis melalui proses kimia ataupun

dimanfaatkan langsung (gambar 2.5) (Basu, 2010).

Gambar 2.5 Produksi termokimia (Basu, 2010)

Jenis bahan bakar hasil konversi termokimia bergantung pada jenis proses

termokimia yang digunakan. Berdasarkan produk bahan bakar yang

diinginkan, konversi termokimia dapat diklasifikasikan menjadi 3 metode

yaitu metode pembakaran yang mengkonversi biomassa menjadi energi

panas yang kemudian digunakan sebagai sumber energi pada pembangkit

listrik, metode gasifikasi untuk mengkonversikan biomassa menjadi

16

producer gas, dan metode pirolisis untuk mengkonversi biomassa menjadi

bio-oil, producer gas, dan bio-arang (McKendry, 2002).

a. Pembakaran

Pembakaran adalah proses kimia dengan kehadiran banyak oksigen (Air

Fuel Ratio ≥ 1) yang menghasilkan panas yang besar dan merupakan

fenomena reaksi dapat berkelanjutan secara spontan melalui panas yang

dihasilkan dari reaksi tersebut (Knoef, 2005). Metode pembakaran

merupakan sebuah metode yang cukup efektif dan sudah terbukti dalam

penanganan biomassa yang dilakukan di dalam combustor.

Gambar 2.6 Pembakaran

Bila biomassa digunakan sebagai bahan bakar, reaksi oksidasi yang

menghasilkan panas, dimana karbon, hidrogen, oksigen, sulfur, dan unsur

combustible lainnya yang ada dalam biomassa bereaksi dengan oksigen

maka akan terjadi proses pembangkitan panas, karbondioksida dan air

melalui reaksi oksidasi atau reaksi kimia eksotermis. Panas hasil

pembakaran dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi dalam siklus

pembangkit uap yang dapat mengkonversikan energi panas menjadi

energi kinetik menuju turbin yang kemudian dikonversi menjadi energi

mekanik dalam benuk putaran dan energi listrik dengan emisi polutan

17

yang rendah (ZiaHaq, 2002). Alur proses pembakaran meluputi proses

pengeringan, pirolisis, gasifikasi, pembakaran char, dan pembakaran gas

hasil gasifikasi (PeterQuaak, 1999).

b. Gasifikasi

Gasifikasi merupakan proses termokimia untuk mengkonversi bahan

baku biomassa padat menjadi bahan bakar gas mampu bakar dan bahan

baku gas kimia (Knoef, 2005). Proses gasifikasi terjadi dalam sebuah

gasifer degan jumlah oksigen yang dikontrol (20%-40% udara

stoikiometri) dimana komponen karbon yan ada dalam biomassa

dikonversikan menjadi producer gas yang terdiri dari sebagian besar

karbonmonoksida dan hidrogen serta sebagian kecil metan (Shunsheng,

2012). Selain itu, proses gasifikasi juga menghasilkan produk

karbondioksida, tar dan senyawa hidrokarbon lainnya. Komposisi gas

hasil gasifikasi sangat bergantung pada komposisi unsur dalam biomassa,

bentuk dan partikel biomassa, serta kondisi-kondisi proses gasifikasi.

Gambar 2.7 Gasifikasi (Kumar 2009)

18

Sebagai ilustrasi, komposisi gah hasil gasifikasi sekam padi bentuk jarum

ukuran 1 cm adalah CO 20,1%, H2 11.3%, CH4 1,8%, CO2 %, N2 55,4%,

dan panas pembakaran 435 Kj/kg (Susanto, 2005). Pada proses

gasifikasi, mekanisme diawali dengan proses pengeringan atau proses

penguapan air yang terkandung dalam sampah pada temperatur antara

100-200oC kemudian dilanjutkan proses pirolisis pada temperatur 200-

800oC, reaksi oksidasi pada 1.100-1.200

oC dan reaksi reduksi pada 600-

700oC (Thomas, 1994).

c. Pirolisis

Pirolisis merupakan metode konversi biomassa padat menjadi beberapa

jenis bahan bakar yaitu cair, padat dan gas. Dalam proses pirolisis,

biomassa padat dipanaskan dalam sebuah reaktor pada temperatur

operasi dengan tanpa kehadiran oksigen. Hasil produk pirolisis sangat

bersih sehingga merupakan alternatif energi fosil yang perlu adanya

pengembangan lebih lanjut.

C. Metode Pirolisis

Pirolisis adalah proses dekomposisi termokimia pada biomassa dengan

mengubah biomassa menjadi produk berguna. Pirolisis merupakan salah satu

tahap dari beberapa tahap reaksi atau zona proses gasifikasi. Selama proses

pirolisis, molekul hidrokarbon yang komplek dari biomassa hancur menjadi

molekul lebih kecil dan menjadi syngas (bio-gas), liquid (bio-oil) dan car (bio-

arang) (Basu, 2010).

19

Gambar 2.8 Pirolisis partikel biomassa (Basu, 2010)

Pada prinsipnya, pirolisis hampir sama dengan proses cracking, devotalisasi,

karbonisasi, destilasi dan thermolisis. Akan tetapi, pirolisis tidak sama dengan

proses gasifikasi. Dimana proses gasifikasi melibatkan reaksi kimia dengan

senyawa luar yang disebut media gasifikasi. Pirolisis biomassa bersifat relativ

terhadap temperatur rendah yaitu sekitar 300-650oC dan beroperasi dalam

reaktor tanpa kehadiran oksigen (Kumar, 2009). Sedangkan gasifikasi

beroperasi pada temperatur 650-1000oC dan beroperasi dalam gasifier dengan

kehadiran sedikit oksigen (Basu, 2010). Proses dekomposisi pirolisis

melibatkan pemanasan biomassa dalam sebuah reaktor pada temperatur

pirolisis tanpa kehadiran oksigen untuk menghasilkan produk baru yang

berguna. Hasil produk pirolisis sangat dipengaruhi oleh perlakuan yang

diberikan selama proses misalnya temperatur operasi dan laju pemanasan

(Basu, 2010).

20

Gambar 2.9 Proses dekomposisi hidrokarbon (Basu, 2010)

Proses pirolisis menghasilkan produk berguna berupa uap panas yang

kemudian dikondensasi menjadi liquid (bio-oil), syngas (bio-gas) dan char

(bio-arang). Bio-oil proses pirolisis merupakan hasil kondensasi uap panas

hasil pirolisis, syngas merupakan gas permanen yang tidak dapat terkondensasi

(non condensable gases), sedangkan bio-arang hasil proses pirolisis merupakan

karbon aktif hasil sisa pemanasan biomassa yang berada didalam reaktor

(Neves, 2011). Secara umum, proses pirolisis dapat dilihat pada persamaaam

2.1 dibawah ini:

CnHmOp(Biomassa)+panas ∑liquid CxHyOz + ∑gas CaHbOc+H2O+C ...(2.1)

21

Misal:

(C6H12O6)n+ panas (H2+CO+CH4+...+C3H8)+(H2O+C8H18+CH3COOH+...)+C+ H2O

Gas Liquid Car

Bahan bakar hasil proses pirolisis dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar

alternatif. Bio-oil dapat digunakan sebagai bahan bakar internal combustion

engine, bio-arang dapat digunakan sebagai bahan baku untuk produser gas

dengan teknik gasifikasi dan sebagai bahan bakar untuk proses combustion dan

co-combustion untuk menghasilkan panas dan bio-gas dapat digunakan sebagai

bahan bakar gas engine (Hossain, 2013). Bahan bakar pirolisis lebih efektif

dibandingkan dengan pembakaran sampah karena memiliki efisiensi

pembakaran yang lebih baik (Ziahaq, 2002) dan memberikan dampak

pencemaraan lingkungan yang sangat rendah (Agung dan Gandidi, 2012).

Selain itu, bio-gas dan bio-oil pirolisis dapat juga digunakan sebagai bahan

bakar untuk pengeringan hasil-hasil pertanian dan perkebunan (Gandidi dkk,

2011) dan juga bisa diproses lebih lanjut seperti diolah menjadi methanol

(Verma, 2012).

1. Produk Pirolisis

Proses dekomposisi termal proses pirolisis menghasilkan 3 produk utama

(gambar 2.8) yaitu produk solid berwarna gelap (arang), gas yang

terkondensasi (bio-oil), dan gas yang tidak terkondensasi (Basu, 2010).

22

Gambar 2.10 Produk pirolisis

a. Solid (Char)

Produk solid proses pirolisis ini terdiri dari 85% karbon merupakan

struktur tak berbentuk yang berasal dari komponen selulosa dan lignin.

Nilai kalor (lower heating value/LHV) yang dimiliki char biomassa

sekitar 32 MJ/Kg dan lebih tinggi daripada nilai kalor yang dapar

dibangkitkan produk liquid biomassa.

b. Cair (Liquid)

Produk yang dapat terkondensasi atau liquid proses pirolisis berupa air,

organik, dan lipid. Air merupakan produk dari dekomposisi termal yang

berasal dari penguapan air bebas dan air terikat yang dilepaskan oleh

material biomassa selama proses pirolisis sedangkan zat organik yang

berbentk liquid merupakan produk yang dihasilkan selama reaksi

dekomposisi dan karbonisasi. Nilai kalor yang dapat dimiliki liquid

biomassa sekitar 13-18 MJ/Kg. Lipid merupakan senyawa yang hadir

dalam material biomassa. Subkelompok ini mengandung senyawa seperti

lignin dan asam lemak (Bergman, 2005).

23

c. Syngas

Syngas proses pirolisis merupakan uap panas hasil dekomposisi biomassa

yang tidak dapat dikondensasi (gas permanen) atau sering disebut non

condensable gases (NCG). Gas permanen proses pirolisis terdiri dari

molekul dengan berat ringan seperti karbondioksida (CO2),

karbonmonoksida (CO), metana, etana, dan etilena. Nilai kalor yang

dimiliki gas permanen pirolisis sekitar 11-20 MJ/Nm3.

2. Jenis Pirolisis

Pada proses degradasi termal, pirolisis sangat dipengaruhi oleh temperatur

yang digunakan dan temperatur ini akan mempengaruhi produk akhir yang

diperoleh dari proses pirolisis. fenomena ini biasanya dikaitkan dengan

termogravimetri analisis (TGA). Termogravimetri analisis biasanya

digunakan untuk menentukan heating rate biomassa akan terdevolatilisasi

dan pembakaran fix carbon dalam metode konversi pembakaran (Sudarno

dkk, 2014). Seperti diketahui, bahwa biomassa merupakan material padat

yang mempunyai kandungan lignoselulosa (hemiselulosa, selulosa, lignin).

Kandungan lignoselulosa mempunyai karakteristik masing-masing ketika

mendapat perlakuan termal. Proses dekomposisi lignoselulosa yang

terkandung dalam biomassa akan terdekomposisi secara perlahan mengikuti

peningkatan heating rate yang terjadi dalam proses pirolisis. Dari

kandungan lignoselulosa ini lah yang membedakan heating rate material

ketika mendapat perlakuan panas. Apabila suatu material mempunyai

kandungan lignin yang dominan, maka material ini membutuhkan

24

temperatur yang lebih tinggi untuk sampai pada titik devolatisasi dan

oksidasi fixed carbon. Gambar 2.11 menunjukkan trending dari dekomposisi

lignoselulosa biomassa.

Gambar 2.11 Termogravimetri lignoselulosa (Carrier et all, 2013)

Akan tetapi kondisi yang ada di lapangan, material bukan hanya

mengandung lignoselulosa tetapi masih mempunyai kadar air. Kendatipun

material sudah dikeringkan, material masih menyimpan kadar air walaupun

hanya sedikit. Untuk itu, mekanisme proses dekomposisi biomassa dalam

proses pirolisis diawali dengan proses dehidrasi atau pengeringan pada

temperatur 100-180oC. Kemudian dilanjutkan dengan proses dekomposisi

hemiselulosa pada suhu 180-260oC yang sebagian besar dikonversikan

menjadi CO2, dekomposisi selulosa pada 240-340oC dengan produk

konversi sebagian besar CO dan dekomposisi lignin pada 280-500oC lebih

25

banyak dikonversikan menjadi H2 dan CH4, ketika temperatur mencapai

500oC, reaksi pirolisis hampir selesai (Yang, 2007). Pada proses pirolisis,

laju pemanasan pada proses pirolisis sangat berpengaruh terhadap

pembentukan produk yang terdevolatilisasi, tekanan, waktu tinggal dan

persentase jumlah produk yang diinginkan (Preto, 2008). Berikut ini tabel

produk pirolisis berdasarkan laju pemanasan.

Tabel 2.1 Distribusi produk dalam pirolisis

Berdasarkan hasil produk yang diinginkan pada proses pirolisis, ada 4 jenis

kondisi operasi yang dapat dilakukan pada proses pirolisis (Basu, 2010),

yaitu:

a. Flash Pyrolisis

Kondisi operasi flash pyrolisis berada pada temperatur operasi yang

tinggi yaitu > 600oC dan laju pemanasan yang tinggi (1000ºC/menit).

Flash pyrolisis ditujukan untuk mendapatkan hasil maksimal pada bahan

bakar gas karena pada proses ini, semua komposisi biomassa akan

26

menguap dan produk yang dihasilkan lebih ke gas yang tidak bisa

terkondensasi.

b. Fast Pyrolisis

Fast pyrolisis merupakan proses pirolisis pada suhu 425-600oC dengan

laju pemanasan yang cepat ( 300-500oC/menit) dimana produk utama

adalah liquid dominan dan gas.

c. Slow Pyrolisis

Slow pyrolisis merupakan proses pirolisis pada temperatur sedang (350-

400oC) dengan laju pemanasan yang lambat (5-7

oC/menit) dimana

produk utama yang dihasilkan adalah padatan, minyak, dan gas

d. Terofaksi

Terofaksi merupakan proses pirolisis pada temperatur 200-300oC dengan

laju pemanasan yang lambat (5-7ºC/menit) dimana produk utama yang

dihasilkan adalah padatan yang kaya akan karbon.

3. Parameter Pirolisis

Komposisi penyusun biomassa seperti selulosa, hemiselulosa, dan lignin

akan mengalami perubahan sifat fisik dan sifat kimia selama proses pirolisis

berlangsung. Perubahan material biomassa sangat dipengaruhi berbagai

faktor selama proses berlangsung. Faktor-faktor tersebut meliputi

temperatur operasi, laju pemanasan, waktu tinggal material, kehadiran

oksigen, kadar air dan ukuran partikel biomassa (Tumuluru, 2011).

27

a. Temperatur

Temperatur pirolisis berada pada kisaran 300-650oC. Temperatur ini akan

menentukan tingkat dekomposisis material sampah, waktu tinggal dalam

reaktor, dan hasil pirolisis. Laju dekomposisi dan kerusakan struktur

penyusun material meningkat dengan meningkatnya temperatur reaksi

pirolisis (Brigeman, 2008). Akibatnya, terjadi peningkatan kehilangan

massa dan proses karbonisasi material. Akan tetapi, jika temperatur

reaksi terlalu tinggi melebihi temperatur pirolisis, tingkat

dekomposisiakan sangat reaktif yang mengakibatkan komponen

penyusun material akan banyak dikonversikan ke dalam bentuk gas dan

liquid. Konsekuensinya, produk padatan hasil pirolisis menjadi berkurang

dengan waktu tinggal dalam reaktor yang lebih singkat (Sridhar, 2007).

b. Kadar Air dalam Material Biomassa

Dalam proses pirolisis, kadar air memberikan pengaruh yang cukup

signifikan terhadap efisiensi proses pirolisis. Hal ini dikaitkan dengan

kehilangan energi panas yang cukup besar untuk proses penguapan air

sebelum proses pirolisis berlangsung dan akan membutuhkan waktu

tinggal yang lama untuk mendapatkan proses pirolisis yang sempurna

(Sadaka, 2009). Selain mengganggu kebutuhan termal untuk proses

pirolisis, kadar air yang tinggi dalam material akan memerlukan beban

pendinginan dan peralatan pimisah uap air yang terkondensasi serta kadar

air yang tinggi dalam material organik selama proses pirolisis dapat

mengalami reaksi kedua dengan gas dan padatan yang akan mengekstrak

28

fraksi yang dapat larut dalam air dan berakibat produk gas dan padatan

jadi berkurang (Ciolkosz, 2011).

c. Waktu Reaksi

Waktu Reaksi berkaitan dengan lamanya waktu tahan material dalam

reaktor. Variabel ini akan mempengaruhi proses depolimerisasi,

dekomposisi, dan karbonisasi selama proses pirolisis berlangsung. Jika

waktu tinggal cukup lama, proses pirolisis akan sempurna untuk

mengkonversikan bahan baku menjadi gas dan liquid. Lamanya waktu

tinggal proses pirolisis pada dasarnya disesuaikan dengan material bahan

baku yang digunakan dan setiap bahan baku mempunyai waktu tinggal

yang proporsional (Basu, 2010).

d. Ukuran Partikel Sampah

Ukuran partikel memberikan pengaruh pada luas permukaan kontak

perpindahan panas antara material dan sumber panas selama proses

dekomposisi termal. Semakin kecil ukuran partikel, permukaan

perpindahan panas semakin luas dan akan meningkatkan laju

perpindahan panas ke permukaan material. Konsekuensinya akan

meningkatkan laju dekomposisi pada material dan meningkatkan

efisiensi pirolisis terutama pada kebutuhan waktu tinggal yang pendek

(Ohliger, 2012). Namun begitu, pengaruh laju pemanasan terhadap

ukuran partikel perlu diperhatikan karena ukuran partikel yang kecil akan

mengalami laju pemanasan yang cepat dan akan berpengaruh pada hasil

padatan pirolisis.

29

e. Laju Pemanasan

Laju pemanasan merupakan besarnya energi termal yang diberikan

terhadap material per satuan waktu. Laju pemanasan ini akan

menentukan komposisi produk yang dihasilkan. Jika laju pemanasan

yang tinggi, kecendrungan produk dalam bentuk liquid dan gas (Luo,

2010).

f. Kehadiran Oksigen

Kehadiran oksigen dalam proses pirolisis akan mempengaruhi proses

dekomposisi termal pada material biomassa. Kehadiran oksigen akan

memicu terjadinya proses pembakarn akibat reaksi oksidasi antara

material organik dan oksigen (Klarsson, 2013).

4. Karakteristik Bio-oil Pirolisis

Produk utama dari proses pirolisis berbentuk liquid masuk dalam kategori

generasi bahan bakar bakar minyak (BBM) berbasis petrolium (minyak

bumi) dan merupakan jenis bio-energi yang dapat dimanfaatkan sebagai

pensubtitusi bahan bakar fosil (Basu, 2010). Bentuk fisik bio-oil sangat

berbeda dengan produk minyak dari fosil dan turunannya. Bio-oil hasil

pirolisis biomassa seperti kayu akan menghasilkan minyak berwarna gelap

pekat dan beraroma seperti asap (Kuhlmann et al., 1994). Bio-oil terdiri dari

karbon, hidrogen, oksigen dengan sedikit sulfur. Komponen terbesar dalam

bio-oil yaitu lignin, alkohol, asam organik, dan karbonil. Komposisi tersebut

menjadikan bio-oil menjadi bahan bakar yang ramah lingkungan. Selain itu,

bio-oil memiliki nilai kalor (heating value) 22,1 MJ/L yang lebih besar

30

dibandingkan bahan bakar oksigenasi lainnya seperti metanol yaitu sekitar

17,5 MJ/L dan nilainya sedikit lebih rendah dibandingkan dengan diesel oil

(38,9 MJ/L) dan fuel oil lainnya seperti etanol (23,5 MJ/L) (Bergman,

2005). Adapun karateristik serta komposisi untuk penentuan kualitas bio-oil

dari proses pirolisis bisa dilihat dari komponen sebagai berikut:

a. Nilai kalor (heating value/HV)

Nilai kalor merupakan jumlah energi panas yang terkandung dalam

produk hasil pirolisis. Besarnya dari nilai kalor ini sangat bergantung

pada kandungan unsur yang ada dalam padatan hasil pirolisis. Nilai kalor

padatan dapat dihitung menggunakan persamaan empiris yang dihasilkan

oleh Sheng dan Azvedo yaitu (Kricka, 2010).

......(2.2)

Dimana:

HV = Nilai kalor

C = Karbon

H2 = Hidrogen

O2 = Oksigen

S = Sulfur

N = Nitrogen

31

b. Hasil massa produk (mass yield)

Hasil massa produk merupakan jumlah bio-oil yang dihasilkan untuk

setiap satuan berat bahan baku. Jumlah massa ini dapat dihitung

menggunakan persamaan (Bridgeman, 2008).

[

] ..................................(2.3)

Dimana:

YM = massa produk

mBO = massa bio-oil

mBB = massa bahan baku

c. Hasil energi produk pirolisis (energy yield)

Hasil energi produk pirolisis merupakan jumlah nilai kalor yang

tergandung dalam produk bio-oil. Nilai energi yang terkandung dalam

bio-oil dapat dihitung dengan (Luo, 2010).

%................................(2.4)

Dimana:

YE = energi yield

HVBO = nilai kalor bio-oil

HVBB = nilai kalor bahan baku

mBO = massa bio-oil

mBB = massa bahan baku

32

d. Titik Tuang

Titik tuang adalah suatu angka yang menunjukkan suhu terendah dari

bahan bakar minyak sehingga dapat masih dapat mengalir karena gaya

gravitasi (Handayani, 2008). Titik tuang ini diperlukan sehubungan

dengan bahan bakar minyak sering sulit dipompakan dalam suhu tertentu.

e. Titik Nyala (Flash Point)

Titik nyala merupakan suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari

bahan bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila

permukaan minyak didekatkan pada nyala api (Chevron, 2007). Titik

nyala diperlukan sehubungan dengan adanya pertimbangan-pertimbangan

mengenai keamanan dalam penimbunan minyak dan pengangkutan bahan

bakar minyak terhadap bahaya kebakaran (Yeliana, 2004). Tidak nyala

tidak mempunyai pengaruh yang besar dalam persyaratan pemakaian

bahan bakar minyak untuk mesin diesel dan ketel uap

f. Viskositas

Viskositas adalah suatu angka yang menyatakan besar perlawanan atau

hambatan dari suatu bahan cair untuk mengalir atau ukuran tahanan geser

dari bahan cair atau sering disebut kekentalan. Semakin tinggi nilai

viskositas maka cairan tersebut akan semakin kental. Alat yang

digunakan untuk mengukur nilai viskositas disebut viscometer.

g. Angka Oktana dan Setana

Angka oktana digunakan sebagai indikator kemampuan bahan bakar

minyak dalam menahan tekanan kompresi untuk mencegah bahan bakar

terbakar sebelum busi menyala. Angka oktana digunakan untuk indikator

33

bensin, di Indonesia angka oktana yang digunakan untuk kompresi bahan

bakar yaitu berkisar 88-92 isooktana (Yeliana, 2004). Sedangkan angka

setana digunakan sebagai indikator untuk menunjukkan tingkat kepekaan

terhadap denotasi (ledakan). Angka oktan digunakan untuk indikator

diesel. Angka setana untuk bahan bakar ringan untuk motor diesel

putaran tinggi berkisar antara 40-60. Akan tetapi, bilangan setana bukan

untuk menyatakan kualitas dari bahan bakar diesel, tetapi bilangan yang

menyatakan kualitas dari penyalaan bahan bakar diesel.

h. Kadar Abu

Kadar abu merupakan zat yang terkandungan dalam bahan bakar minyak

yang akan kelihatan apabila minyak dibakar sampai habis.

i. Kandungan Belerang

Semua bahan bakar pasti mengandung belerang walaupun jumlahnya

sedikt. Akan tetapi kandungan ini sangat tidak diinginkan karena sifatnya

yang merusak. Hal ini disebabkan karena belerang akan teroksidasi oleh

oksigen menjadi belerang oksida (SO2) dan belerang teroksida (SO3).

Oksidasi belerang ini akan sangat merugikan mesin karena bersifat

korosif didalam ruang bakar maupun gas buang apabila bereaksi dengan

air (Hariyadi, 2007).

5. Fraksi Hidrokarbon Bahan Bakar Minyak

Bahan bakar minyak berasal dari pelapukan sisa mahluk hidup yang

membentuk minyak bumi atau bahan bakar minyak dari fosil (Chevron,

2007). Sedangkan bahan bakar minyak hasil pirolisis merupakan

34

perengkahan senyawa C, H dan O dari mahluk hidup dengan cara

direngkahkan menggunakan energi panas kemudian dikondensasi menjadi

cair (Basu, 2010). Secara umum umum, bahan bakar minyak merupakan

campuran yang kompleks hidrokarbon ditambah senyawa anorganik yang

membentuk ikatan CxHy (Hariyadi, 2007). Fraksi-fraksi hidrokarbon yang

terkandung didalam bahan bakar minyak inilah yang membedakan jenis

bahan bakar yang selama ini digunakan, baik itu digunakan pada internal

engine maupun eksternal engine. Secara umum, fraksi hidrokarbon bisa

dibedakan berdasarkan tabel 2.4.

Tabel 2.2 Fraksi-fraksi hidrokarbon (Aquado, 1997)

Fraksi Atom C Titik Didih (°C)

Gas 1-4 -160-30

Gasolin 5-12 30-200

Diesel 12-20 30-200

Heavy Oil >20 Titik didih tinggi

Selain itu, pada setiap fraksi hidrokarbon disusun oleh ribuan senyawa-

senyawa yang menetukan kualitas dari bahan bakar tersebut. Berikut 5

penyusun utama golongan fraksi hidrokarbon yang ada pada bahan bakar

minyak berdasarkan bentuk rantai ikatan kimia (Riazi, 2010).

a. n-parafin

Parafin adalah nama umum untuk hidrokarbon alkana dengan formula

CnH2n+2. Parafin merupakan fraksi utama dari minyak mentah yang

dihasilkan dari straight-destilation, dimana oktan yang dihasilkan

35

mempunyai nilai oktan yang rendah. Sebagai contoh golongan parafin

adalah metana (CH4). Parafin memunyai karakteristik nilai setana tinggi.

b. Iso-parafin

Iso-parafin merupakan senyawa hidrokarbon alkana yang mempunyai

rantai cabang sangat sedikit, namun jumlah iso-parafinnya dapat

ditingkatkan melalui proses perengkahan katalitik, alkilasi, isomerasi,

dan polimerasi.

c. Olefin

Senyawa olefin merupakan senyawa hidrokarbon rantai jenuh atau sering

dijumpai dalam bentuk alkena. Senyawa olefin hampir tidak ada didalam

minyak mentah tetapi proses perengkahan katalitik akan menghasilkan

senyawa ini.

d. Aromatik

Aromatik merupakan senyawa yang sangat dibutuh bahan bakar bensin

sebagai bahan anti knocking. Aromatik mempunyai bilanagn oktana yang

ckup tinggi. Akan tetapi kehadiran senyawa olefin dalam minyak mentah

sangat sedikit.

e. Nafta/nepthene

Nafta merupakan senyawa siklik yang jenuh (rantai alkana) dan tidak

reaktif, yang merupakan senyawa kedua terbanyak dalam minyak bumi.

Senyawa ini mempunyai berat molekul yang rendah dan diguakan

sebagai bahan bakar. Sedangkan nafta yang mempunyai berat molekul

tinggi terdapat pada fraksi gas oil dan minyak pelumas.

36

D. Katalis Pirolisis

Katalis didefinisikan sebagai suatu subtansi yang mengubah laju suatu reaksi

tanpa terdapat suatu produk akhir. Walaupun menurut definisi katalis tidak

berubah pada akhir reaksi, tetapi tidak berlaku anggapan bahwa katalis tidak

mengawali jalannya reaksi selama reaksi berlangsung. Untuk itu katalis bisa

difungsikan menurunkan energi aktivasi sehingga reaksi berjalan lebih cepat

dan dapat mempengaruhi laju reaksi akan tetapi zat tersebut tidak ikut bereaksi

(tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi), karena itu katalis tidak

memberikan energi ke dalam sistem.

Gambar 2.12 Diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis

Umumnya kenaikan konsentrasi katalis juga menaikkan laju reaksi, sehingga

katalis ikut berperan dalam reaksi tetapi pada akhir proses reaksi diperoleh

kembali (Sukardjo, 2002). Pada proses thermal cracking, katalis digunakan

untuk meningkatkan kinetika reaksi pirolisis melalui proses cracking pada

37

bahan baku dengan berat molekul lebih tinggi menjadi produk hidrokarbon

ringan (Sobyamin, 2005).

1. Jenis Katalis berdasarkan Fasa Reaktan

Berdasarkan fasa reaktan, proses katalis dapat digolongkan 3 bagian yaitu:

a. Katalis Homogen

Katalis homogen ialah katalis yang mempunyai fasa sama dengan fasa

campuran reaksinya (reaktan dan produk). Katalis homogen lebih efektif

jika dibandingkan dengan katalis heterogen. Akan tetapi pada katalis

homogen, katalis sukar dipisahkan dari produknya serta sisa reaktan.

Selain itu, penggunaan katalis homogen dapat mencemari lingkungan dan

tidak dapat digunakan kembali. Contoh dari katalis homoge biasanya

banyak digunakan dalam produksi bio-diesel, seperi basa (NaOH, KOH),

asam (HCL, H2SO4) (Setyawan, 2003).

b. Katalis Heterogen

Katalis heterogen merupakan katalis yang mempunyai fasa berbeda

dengan fasa campuran reaksinya (reaktan dan produk). Katalis heterogen

secara umum berbentuk padat dan banyak digunakan pada reaktan

berwujud cair atau gas. Berbeda dengan katalis homogen, katalis

heterogen mudah dipisahkan dengan produknya begitu juga reaktannya.

karena mudah dipisahkan dari campuran reaksinya dan kestabilan

terhadap perlakuan panas, katalis heterogen lebih banyak digunakan

dalam proses indutri kimia (Setyawan, 2003). Selain itu, katalis

heterogen tidak korosif, ramah lingkungan, memiliki waktu paruh yang

panjang dan dapat memberikan aktifitas dan selektifitas yang tinggi.

38

Selain itu, katalis heterogen jug meningkatkan kemurnian hasil karena

reaksi samping dapat mengeliminasi (Liu, 2008). Contoh-contoh dari

katalis heterogen adalah zeolit, alumina silika, CaO, dan MgO.

c. Bio-katalis (Katalis Enzim)

Bio-katalis adalah katalis yang memiliki keunggulan sifat (aktivasi

tinggi, selektivitas dan spesifitas) sehingga dapat membantu proses-

proses kimia kompleks pada kondisi lunak dan ramah lingkungan.

Kelemahan bio-katalis sangat mahal, sering tidak stabil, mudah

terhambat, tidak dapat diperoleh kembali setelah dipakai. Salah satu

contoh bio-katalis adalah enzim lipase.

2. Komposisi Katalis

Katalis terbentuk dari komponen- komponen yang dapat menunjang sifat-

sifat katalis yaitu aktivitas, selektivitas, dan stabilitas (Fogler, 1994). Untuk

memenuhi sifat tersebut dibutuhkan komponen utama yaitu:

a. Fase aktif berfungsi mempercepat dan mengarahkan reaksi reaktan yang

akan bereaksi harus dapat kontak dengan zat ini. Pemilihan komponen

aktif merupakan usaha pertama dalam perencanaan katalis. Pertimbangan

utama dalam pengklasifikasian katalis adalah untuk konduktivitasnya

tergantung dari konfigurasi elektronik atomnya.

b. Penunjang (support) fungsinya agar aktivitas katalis berbanding lurus

dengan bagian aktifnya, untuk itu digunakan suatu support yang

mempunyai luas permukaan yang besar. Sebagai support adalah zat padat

yang pourus dengan luas permukaan dapat mencapai beberapa ratus

39

meter persegi per gram katalis. Oleh karena itu fase disebarkan sehingga

kontak antara fase aktif dan reaktan dapat terjadi.

c. Promotor (aditif) ditambahkan pada katalis untuk meningkatkan

aktivitas, selektivitas, dan stabilitas. Biasanya ditambahkan dalam jumlah

kecil 3% pada saat pembuatan katalis. Selain itu sering kali promotor

bertujuan untuk menghalangi aktivitas yang tidak diinginkan, seperti

pembentukan coke.

3. Parameter Katalis

Dalam proses cracking, katalis mempuyai beberapa parameter yang sangat

mempengaruhi kinerja, antara lain.

a. Porositas

Katalis mempunyai beragam ukuran pori, pori katalis sangat berpengaruh

dalam proses perengkahan senyawa kimia. Semakin besar porositas

katalis maka akan semakin bagus proses perengkahan senyawa kimia,

dikarenakan semakin banyak senyawa kimia yang masuk kedalam pori

katalis (Ternan et all, 2003).

Gambar 2.13 Porositi katalis

40

Di dalam pori katalis, ikatan kimia dalam senyawa tersebut akan diputus

oleh sisi aktif katalis yang berupa zat asam sehingga ikatan rantai carbon

panjang akan direngkahkan dan menjadi ikatan rantai C yang lebih

pendek.

b. Ukuran Partikel

Ukuran partikel akan berpengaruh pada proses pemutusan ikatan kimia,

karena ukuran partikel katalis berhubungan langsung dengan kinerja pori.

Semakin kecil ukuran partikel, maka akan semakin banyak luas

permukaan katalis yang berkontak langsung dengan ikatan senyawa

sehingga akan banyak pori katalis yang bisa menyerap senyawa kimia

dan berlangsunglah proses catalytic cracking.

c. Selektivitas

Selektivitas katalis adalah kemampuan katalis mempercepat suatu reaksi

diantara beberapa reaksi yang terjadi sehingga produk yang diinginkan

dapat diperoleh dengan produk sampingan seminimal mungkin

(Ramaswamy, 2003).

d. Aktivitas

Aktivitas katalis merupakan kemampuan katalis untuk mengkonversikan

reaktan menjadi produk yang diinginkan.

e. Stabilitas

Stabilitas didefinikan lamanya katalis memiliki aktivitas dan selektivitas

seperti keadaan semula.

41

4. Contoh Katalis

Dalam proses thermal cracking, ada beberapa jenis katalis yang dapat

digunakan, yaitu jenis katalis heterogen yang berupa katalis zeolit dan

katalis bukan zeolit.

a. Katalis Zeolit

Zeolit merupakan termasuk jenis mineral yang telah dikenal sejak tahun

1756 oleh Cronsted, seorang ahli mineral berkebangsaan Swedia. Zeolit

merupakan kristal alumika-silika yang mempunyai struktur berrongga

yang mempunyai sisi aktif bermuatan negatif yang mengikat secara

lemah kation penyeimbang muatan dan memiliki kemampuan sebagai

absorben, katalis, dan penukar kation. Dari jenis-jenis yang ada, yang

umumnya terdapat di Indonesia adalah clipnotilotile dan mordenit. Zeolit

terbentuk dari unit-unit tetrahedra AlO4 dan SiO4 yang merupakan

kerangka dasar struktur zeolit dengan atom silikon dan aluminium

sebagai pusatnya. Masing-masing tetrahedra ini dihubungkan oleh ion-

ion oksigen membentuk jaringan tetrahedra tida dimensi (Bekkum,

1991). Rumus kimia zeolit secara empiris ditunjukkan dibawah ini

Mx/n.[(AlO2)x.(SiO2)y].wH2O

Dimana notasi M adalah kation logam alkali atau alkali tanah. x,y, dan w

adalah bilangan-bilangan tertentu, sedangkan n adalah muatan ion dari

logam. Berdasarkan asalnya zeolit dapat dibedakan menjadi dua macam

yaitu:

42

1. Zeolit Alam

Pada umumnya, zeolit alam dibentuk oleh reaksi dari pori air dengan

berbagai material seperti gelas maupun silika. Pembuatan zeolit alam

ini tergantung pada komposisi dari batuan induk, temperatur, tekanan,

tekanan parsial dari air, pH, dan aktifitas dari ion-ion tertentu. Zeolit

umumnya mempunyai kandungan SiO2= 68,5%; Al2O3= 13,17%;

LOI=8,42%; Fe2O3=2,98%; CaO=2,47%; K2O=1.8%; Na2O=1,06%;

MgO=1,15%; TiO2=0,14% (CV Minatama, 2013).

2. Zeolit Sintetis

Mineral zeolit sintetis yang dibuat tidak dapat persis sama dengan

mineral zeolit alam, walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat fisis

yang jauh lebih baik (Damayanthi dan Martini, 2012). Dalam dunia

perdagangan muncul nama-nama zeolit zintetis seperti zeolit A, zeolit

ZSM-5, zeolit ZSM-11, zeolit y, zeolit x, dan lain-lain. Zeolit sintetik

terbentuk ketika gel yang ada terkristalisasi pada temperatur dari

temperatur kamar sampai dengan suhu 200o C pada tekanan

atmosferik ataupun outogenous.

b. Katalis Bukan Zeolit

1. Dolomit

Dolomit adalah mineral alam yang mengandung unsur hara

Magnesium (Mg) dan Kalsium (Ca) berbentuk tepung. Dolomit

termasuk rumpun mineral karbonat, mineral dolomit murni secara

teoritis mengandung 45,6% MgCO3 atau 21,9% MgO dan 54,3%

CaCO3 atau 30,4% CaO. Rumus kimia mineral dolomit dapat ditulis

43

meliputi CaCO3.MgCO4, CaMg(CO3)2 atau CaxMg1-xCO3, dengan

nilai x lebih kecil dari satu. Dolomit di alam jarang yang murni,

karena umumnya mineral ini selalu terdapat bersama-sama dengan

batu gamping, kwarsa, rijang, pirit dan lempung (Basu, 2010). Dalam

mineral dolomit terdapat juga pengotor, terutama ion besi. Dolomit

berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan dengan kekerasan

lebih lunak dari batugamping, yaitu berkisar antara 3,50-4,00, bersifat

pejal, berat jenis antara 2,80 2,90, berbutir halus hingga kasar dan

mempunyai sifat mudah menyerap air serta mudah dihancurkan.

2. Kaolin

Kaolin merupakan salah satu mineral tanah liat (lempung) yang

mengandung beberapa lapis aluminium silikat. Kaolin bersifat lunak,

halus, dan berwarna putih, terjadi dari pelapukan batuan granit. Secara

teoris, kaolin mempunya komposisi SiO2 43,12 %, Al2O3 46,07 %,

Fe2O3 nil, MgO 0,27 %, CaO 0,3 %, ZnO 0,0064 %, K2O 0,01 %,

TiO2 0,74, LOI at 1000 oC 9,9 % (Panda, 2013).

5. Aktivasi Katalis

Pengaktifan katalis dimaksudkan sebagai usaha untuk memdifikasi keadaan

pada struktur kerangka atau non kerangka katalis sehingga diperoleh sifat

fisika-kimia katalis yang diinginkan. Pengaruh aktivasi katalis yaitu dapat

membersihkan katalis dari unsur pengotor, menghilangkan kation jenis

logam tertentu yang tidak bermanfaat dalam proses katalisasi,

menghilangkan molekul air dalam rongga katalis dan memperbesar pori

44

katalis sehingga katalis memiliki kapasitas yang lebih tinggi. Secara umum,

aktivasi katalis dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:

a. Aktivasi secara Termal

Pengaktivan katalis dengan pemanasan bertujuan mengeluarkan air atau

zat pengotor dari dalam rongga-rongga katalis. Kemampuan atau sifat

pertukaran kation katalis terutama selektivitas dan kapasita

pertukarannya akan sangat ditentukan oleh strukturnya. Disisi lain untuk

pemanasan setiap katalis mempunyai temperatur yang berbeda-beda,

dengan kata lain treatment katalis A dengan Katalis B tidak akan selalu

sama. Misalnya pada katalis zeolit, pemakaian panas yang tinggi pada

aktivasi zeolit akan menyebabkan terjadinya pelepasan aluminium dari

struktur kerangka tetrahedral zeolit dan juga menyebabkan dehidroksilasi

gugus OH pada struktur zeolit. Akibat terjadinya pelepasan struktur

zeolit menyebabkan pembentukan gugus siloksan (Si-O-Al) dan

aluminium yang miskin gugus hidroksil. Akibatnya terjadi kerusakan

struktur zeolit yang mempengaruhi fungsi pertukaran kation dan

absorbsinya menurun.

b. Aktivasi Kimia

Aktifasi pengasaman bertujuan untuk membersihkan permukaan pori,

membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang

dapat dipertukarkan. Aktivasi asam menyebabkan terjadinya

dekationisasi yang menyebabkan pertambahan luas permukaan katalis

karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori katalis,

meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas permukaan. Sehingga

45

setiap oksigen dalam ikatan ini akan cenderung mengikat H+

dan

membentuk gugus OH atau gugus silanol yang bersifat polar. Dengan

pembentukan gugus OH ini berarti tingkat keaktivan katalis dalam proses

cracking juga meningkat karena banyak gugugs OH yang dapat

memotong ikatan rantai C panjang.

6. Degradasi Katalis

Umur katalis sangat tergantung dari sifatnya. Sifat ini dapat berkurang atau

hilang karena berbagai hal diantaranya (Fogler, 1994):

a. Poisoning (racun katalis)

Poisoning diakibatkan karena kemisorpsi dari reaktan, impurities atau

produk di dalam umpan suatu reaktor dimana bagian aktif dari katalis

tertutupi. Kemisorpsi ini bisa reversible (dapat diregenerasi) dan

irreversible (tidak dapat diregenerasi)

b. Fouling

Fouling diakibatkan oleh bagian reaktan atau produk yang mengendap

secara fisis dipermukaan katalis sehingga menutupi bagian aktif dari

katalis misalnya kerak, karat, dan berbagai produk korosi yang mungkin

terjadi karena penambahan zat kimia. Material- material ini akan

menyumbat bagian- bagian luar partikel, menyumbat pori dan menutupi

permukaan aktif. Pengaruh yang paling buruk adalah menyatunya

partikel sesamanya yang dapat menghilangkan ruang kosong antar

partikel dalam reaktor dan dapat menyulitkan pengeluaran katalis.

46

c. Sintering

Sintering terjadi karena adanya local over heatting yaitu adanya zat yang

lebih bereaksi dengan zat sekitarnya. Terjadi reaksi mengakibatkan panas

sehingga terjadi perubahan fase dari padat ke cair. Penyebab ini dari

sintering adalah adanya pertumbuhan kristal migrasi dari kristalit akan

terjadi tabrakan dengan yang lain dan bergabung sesamanya. Katalis

yang lain dirancang untuk mengantisipasi kemungkinan terjadinya

peristiwa sintering ini misalnya dengan memberikan promotor yang

dapat mempertahankan stabilitas katalis.

d. Physical Loss

Yaitu degredasi katalis karena berkurangnya katalis ketika reaksi terjadi.

Terjadi pada katalis yang bersifat homogen atau pada katalis heterogen

pada reaktor fluidized bed.

e. Chemical Change

Yaitu degradasi karena adanya perubahan yang bersifat kimiawi pada

katalis. Secara teoritis pada katalis tidak terjadi perubahan kimia tetapi

pada proses reduksi kimia perubahan secara perlahan akan mungkin

terjadi.

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Pelaksanaan

Pengambilan data penelitian dilakukan di Laboratorium Termodinamika

Teknik Mesin Universitas Lampung. Adapun untuk pengambilan sampel

sampah padat perkotaan (Municipal Solid Waste) yang akan digunakan dalam

pengujian berasal dari Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bakung yang ada di

Bandar Lampung. Adapun waktu pelaksanaan penelitian ini dimulai tanggal 1

Agustus 2015 sampai dengan 31 Maret 2016.

B. Tahapan Penelitian

Berikut merupakan tahapan kegiatan penelitian yang tersusun dibawah ini:

1. Studi Literatur

Pada penelitian ini dilakukan studi literatur mengenai material biomassa

(sampah padat perkotaan), teknologi konversi biomassa, metode pirolisis,

dan katalis pada proses catalytic cracking.

2. Pengolahan Sampel Uji

Sampel uji untuk bahan penelitian diambil dari Tempat Pembuangan Akhir

(TPA) Bakung yang berlokasi di kecamatan Teluk Betung Barat Kota

Bandar Lampung. Kemudian sampel uji dipisahkan dan dihitung kadar

48

airnya, lalu mencampur sampel uji dengan katalis menggunakan

perbandingan katalis dengan sampah 1:4, 1:2, 3:4, dam 1:1.

3. Persiapan Alat

Persiapaan alat pirolisis dan instalasinya.

4. Pengujian

Pengujian dilakukan berdasarkan proses pengujian dengan variasi jenis

katalis dan rasio perbandingan takaran sampah dengan katalis.

5. Analisis Data

Data yang diperoleh dari pengujian pirolisis digunakan sebagai dasar untuk

analisis laju reaksi dan analisis jumlah produk. Analisis Laboratorium akan

digunakan sebagai dasar untuk mengetahui karakteristik bio-oil hasil

pirolisis berkatalis alam sampah padat perkotaan.

6. Penulisan Laporan

Penulisan Laporan adalah tahap akhir dari penelitian ini.

C. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah sebagai

berikut:

1. Alat

Alat-alat yang digunakan dalam proses pirolisis adalah sebagai berikut:

a. Reaktor

Reaktor digunakan sebagai tempat terjadinya proses pirolisis. Reaktor

terdidri dari sebuah tabung, tutup tabung, pressure gauge, safety valve,

thermocouple dan pipa output. Tabung reaktor berfungsi sebagai tempat

49

penampungan material uji yang akan dipirolisis. Tutup tabung berfungsi

sebagai tutup yang memungkinkan tidak terjadinya pertukaran udara

didalam tabung. Pressure gauge berfungsi sebagai pengukur tekanan

yang ada didalam tabung. Safety valve berfungsi untuk mengatur tekanan

berlebih yang ada di dalam tabung supaya tekanan yang terjadi didalam

reaktor tidak melebihi kapasitas tekanan maksimal reaktor.

Thermocouple berfungsi sebagai pembaca temperature di dalam tabung

pirolisis selama proses berlangsung. Pipa output berfungsi sebagai

saluran keluar uap hasil pirolisis yang akan menuju kondensor. Adapun

material yang digunakan yaitu baja stainless steel berdiameter dalam 16

cm dengan tebal 3 mm dan mampu menampung kapasitas sampah

campuran ± 0,5 Kg.

Gambar 3.1 Reaktor

b. Pemanas (Heater)

Pemanas berfungsi sebagai sumber panas untuk memanaskan reaktor.

Transfer energi pada pemanas terjadi dalam tahapan pembangkitan

energi panas oleh element pemanas yang energinya disuplai dari energi

50

listrik dengan daya 6000 Watt. Pemanas yang dibuat dapat mensuplai

kapasitas pemanasan mencapai 10000C.

Gambar 3.2 Pemanas

c. Kondensor

Kondensor merupakan bagian dari alat pirolisis yang terdiri dari pipa

tembaga, bak penampung air dan air. Kondensor berfungsi sebagai alat

perubah fasa (separator) pada proses pirolisis dengan cara merubah fasa

uap hasil pirolisis dalam reaktor menjadi fasa cair dan fasa untuk zat-zat

yang tidqak dapat terkondensasi.

Gambar 3.3 Kondensor

51

d. Tabung Sampel Uji

Tabung sampel uji digunakan sebagai wadah produk pirolisis dan untuk

mengetahui jumlah produk yang dihasilkan.

Gambar 3.4 Tabung sampel uji

e. Kran ¼ Inchi

Katup digunakan sebagai katup pemisah antara pipa keluaran uap pada

tabung reaktor dengan kondesor, sehingga pada saat temperatur

kondensasi belum mencapai temperatur yang diinginkan uap di dalam

tabung reaktor tidak keluar.

Gambar 3.5 Kran ¼ inchi

f. Thermocouple

Dalam pengambilan data, thermocouple ini digunakan untuk mengukur

temperatur masuk dan temperatur keluaran pada kondensor serta

mengukur temperatur akhir pada air pendingin.

52

Gambar 3.6 Thermocouple

g. Timbangan Digital

Timbangan pada penelitian ini digunakan untuk mengukur berat dari

bahan sampah yang digunakan untuk proses pirolisis, mengukur rasio

katalis, serta untuk menimbang bio-oil hasil kondensasi.

Gambar 3.7 Timbangan digital

h. Sarung Tangan

Sarung tangan digunakan untuk peralatan keamaan operator saat

melakukan pengambilan data.

Gambar 3.8 Sarung tangan

53

i. Masker

Masker digunakan untuk keamaan operator dari gas-gas berbahaya hasil

pirolisis.

Gambar 3.9 Masker

J. Gas Nitrogen (N2)

Gas nitrogen digunakan untuk menghilangkan kandungan O2 yang berada

di dalam reaktor

Gambar 3.10 Gas nitrogen (N2)

54

2. Bahan

Adapun bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampah

kota Bandar Lampung yang berada di tempat pembuangan akhir sampah

(TPA) Bakung, Teluk Betung Barat. Bahan baku yang dijadikan sampel

diambil dari satu truk samah kota Dinas Kebersihan dan pertamanan

(DISBERTAM) Kota Bandar Lampung. Sampah tersebut tersusun dari

berbagai jenis sampah baik itu sampah organik maupun anorganik. ;

Sampah kemudian di pisah sesuai jenisnya, pada kesempatan ini sampah

disortir sesuai 5 bidang kategori yaitu sampah, sampah karet, sampah tekstil,

sampah kertas, dan sampah plastik. Untuk lebih jelas tentang bahan–bahan

yang digunakan dapat dilihat deskripsi sebagai berikut:

a. Sampah Organik

Sampah organik yang dimaksudkan dalam kategori ini yaitu berupa

sayuran, daun, sisa makanan dan sampah daun-daunan maupun ranting.

Sampah seperti ini sering dijumpai di pasar tradisional, rumah tangga

maupun lingkungan sekitar. Sedangkan kayu dan ranting juga dapat

ditemukan di lingkungan sekitar. Sampah ini merupakan limbah

biomassa yang banyak menganduk energi dalam ikatan kimia. Limbah

ini tentunya sangat baik dimanfaatkan karena banyak peneliti yang

melakukan riset mengenai sampah jenis ini. Selain itu ketersediannya

yang berlimpah juga menjadi alasan untuk dimanfaatkan menjadi bahan

bakar alternatif. Sehingga dapat memberikan dampak positif dalam

penanganan sampah.

55

Gambar 3.11 Sampah organik

b. Sampah Plastik

Plastik merupakan bahan yang banyak digunakan untuk keperluan

sehari–hari. Ketika plastik sudah tidak digunakan lagi, maka akan

dibuang oleh penggunanya. Plastik sendiri terdiri dari berbagai jenis

yaitu Low Density Poly Ethylene (LDPE), Poly Propylene (PP), High

Density Poly Ethylene (HDPE), Poly Vinyl Cloride (PVC), Poly Ethylene

Terephtalate (PET), Polyethylene (PE), Polystyrene (PS), Acrylonitrile

Butadiene styrene (ABS) dan Styrofoam. Dalam tumpukan sampah

berbagai jenis plastik tersebut dapat dengan mudah kita jumpai. Akan

tetapi ada beberapa jenis plastik yang diambil oleh para pemulung seperti

Poly Propylene (PP), Poly Vinyl Cloride (PVC), dan Poly Ethylene

Terephtalate (PET), sehingga tidak semua jenis plastik yang ada bisa

dijumpai di tempat pembuangan akhir (TPA) bakung, hanya 2 jenis

plastik yang mendominasi yaitu plastik jenis Low Density Polyetylene

(LDPE) dan High Density Polyetylene (HDPE) dikarenakan plastik jenis

ini tidak dipungut oleh pemulung. Dari plastik yang tersisa di TPA ini

56

tersimpan kandungan C dan H yang bisa dikonversikan menjadi bahan

bakar. Berbagai jenis plastik ini akan dicampur sesuai dengan kondisi

real sampah, untuk melihat pengaruh produk bio-oil.

Gambar 3.12 Sampah plastik

c. Kertas

Kertas merupakan suatu bahan tipis yang dihasilkan dari kompresi serat

yang berasal dari pulp. Serat yang digunakan adalah serat alami dan

mengandung selulosa dan hemiselulosa. Kandungan tersebut didapat dari

kayu terdiri dari 50% selulosa, 30% lignin dan bahan bersifat adhesif di

lamella tengah, 20% karbohidrat berupa xylan, resin dan tannin.

Gambar 3.13 Sampah kertas

57

Kertas biasanya digunakan sebagai alat media tulis dan pembungkus.

Sedangkan setelah penggunaannya, kertas hanya dibuang oleh konsumen.

Kertas masih mengandung selulosa dan hemiselulosa yang dapat

dikonversikan menjadi energi lain sehingga limbah kertas masih dapat

dimanfaatkan.

d. Karet

Sampah karet merupakan salah satu jenis sampah yang masuk dalam

kategori Polistyrene (PS). Sampah jenis ini bisanyan banyak dijumpai

dalam bentuk ban bekas. karet ban ini diproduksi dari hidrokarbon

minyak bumi yang diturunkan, sehingga sampah jenis ini juga potensial

apabila dikonversikan menjadi bahan bakar cair.

Gambar 3.14 Ban bekas

e. Tekstil

Teksil adalah material fleksibel yang terbuat dari tenunan benang. Tekstil

dibentuk dengan cara penyulaman, penjahitan, pengikatan, dan cara

pressing. Istilah tekstil dalam pemakaiannya sehari-hari sering

disamakan dengan istilah kain. Tekstil/kain digunakan untuk keperluat

58

1 2

sandang oleh manusia. tekstil terbuat dari serat alat yang tersusun oleh

selulosa, hemiselulosa sehingga bisa dikonversikan kedalam bahan bakar.

Gambar 3.15 Tekstil

f. Katalis

Katalis digunakan sebagai bahan campuran pada thermal cracking

dengan tujuan untuk mempercepat laju reaksi, meningkatkan kuantitas

bio-oil, dan memperbaiki fraksi bio-oil.

Keterangan: 1. Zeolit 2. Kaolin

Gambar 3.16 Katalis

Katalis yang digunakan berupa katalis alam yaitu kaolin atau yang sering

dikenal tanah liat yang berasal dari daerah Ambara, Pringsewu, Lampung

dan zeolit alam lampung yang berasal dari daerah penambangan di

59

Sidomulyo, Lampung Selatan. Sebelum digunakan, katalis ini diaktivasi

secara termal pada temperatur 500°C.

D. Rangkaian Unit Pirolizer

Adapun rangkaian alat uji pirolisis adalah sebagai berikut:

Gambar 3.17 Desain rangkaian alat uji

Keterangan:

1. Reaktor 6. Pompa

2. Pemanas ( heater) 7. Keluaran Hasil Produk Bio-oil

3. Kondensor 8. Keluaran Hasil syngas

4. Kontrol Panel 9. Thermocouple

5. Gas Nitrogen

4

2

9

1

3

6

7

8

5

60

E. Metode Pengambilan Data

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah:

1. Menyiapkan unit phyrolizer dan bahan

2. Menimbang sampel sampah yang digunakan dengan berat total 1 kg dan

katalis dengan perbandingan 1:4 lalu kemudian mencampurnya.

3. Memeriksa valve kondensor dalam kondisi tertutup dan baut telah tekunci

dengan rapat.

4. Menutup tabung pengumpanan dengan rapat.

5. Setelah semua tertutup rapat, menginjeksikan gas N2 ke dalam reaktor

dengan cara memasukkan gas N2 melalui kran inlet tujuannya untuk

mengikat dan mendorong keluar O2 yang masih terkandung didalam

reaktor melalui kran outlet.

6. Menghidupkan heater dan mengatur temperatur yang ditentukan sesuai

data tiap pengujian yaitu temperatur 300°C dan 400°C.

7. Pada temperatur pengujian bahan dimasukkan ke dalam tabung

pengumpanan, dengan cara membuka tutup yang berada di atas tabung

pengumpanan.

8. Menutup rapat kembali tabung pengumpanan, kemudian injeksikan gas N2

ke dalm tabung untuk mendorong gas O2 yang masih terkandung di dalam

tabung.

9. Membuka butterfly valve agar bahan masuk ke dalam reaktor.

10. Membuka butterfly valve agar bahan masuk ke dalam autoclave.

11. Membuka keran kondensor agar uap hasil pirolisis dapat terkondensasi ke

dalam botol penampungan.

61

12. Mencatat hasil bio-oil yang dihasilkan dari proses pirolisis.

13. Mengulangi langkah 1 sampai 12 dengn perbandingan katalis dengan

sampah 1:2.

14. Mengulangi langkah 1 sampai 12 dengn pernadingan katalis dengan

sampah 3:4.

15. Mengulangi langkah 1 sampai 12 dengn pernadingan katalis dengan

sampah 1:1.

16. Setelah mendapatkan data pengujian, kemudian melakukan pengujian

untuk melihat sitak fisik dan sifat kimia bio-oil. Pengujian meliputi uji

viskositas, densitas, flash point, fire point, ask content, water content, dan

uji senyawa malalui uji GC-MS.

F. Pengujian Laboratorium

Adapun uji Laboratorium untuk mengatahui senyawa kimia, sifat fisik dan sifat

kimia bi-oil yaitu menggunakan metode uji GC-MS di Laboratorium Kimia

Organik Universitas Gadjah Mada, uji viskositas kinematik, uji flash point, uji

fire point, uji densitas, uji water content, uji ash content di Laboratorium

Analisis Kimia dan Pemboran Minyak Teknik Perminyakan Tri Sakti.

1. Uji GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry)

Uji GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry) dilakukan untuk

mengetahui persentase senyawa yang terkandungan pada bio-oil. Alat yang

digunakan yaitu GC-MS-QP2010S SHIMADZU.

62

2. Uji Viskositas Kinematik

Pengujian Viskositas Kinematik dilakukan untuk mengetahui tingkat

kekentalan bio-oil hasil pirolisis menggunakan alat viknometer dengan

menggunakan standar ASTM D 445 di Laboratorium Analisis Kimia Teknik

Perminyakan Trisakti.

3. Uji Flash Point dan Fire Point

Hasil pengujian flash point dan fire point digunakan untuk menentukan

kualitas penyalaan bio-oil yang berhubungan dengan temperatur

pembakaran bio-oil. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Analisis

Kimia Teknik Perminyakan Trisakti mengguanakan standar ASTM D-93.

4. Uji Densitas

Pengujian densitas dilakukan untuk mengetahui massa jenis bio-oil hasil

pirolisis. Pengujian dilakukan di Laboratorium Analisis Kimia Teknik

Perminyakan Trisakti

5. Uji Water Content

Pengujian water content dilakukan untuk melihat konten air yang ada

didalam minyak. Kehadiran air dalam minyak sangat menggangu dalam

proses pembakaran. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Pemboran

Minyak Bumi Teknik Perminyakan Tri Sakti mengguanakan standar ASTM

D 95.

6. Uji Ash Content

Ash content atau sering disebut kadar abu merupakan material yang

terkandung didalam bahan bakar. kadar abu tidak dapat dikonversikan ke

energi lain, apabila kandungan abu bahan bakar semakin tinggi maka

63

kualitas minyak tersebut semakin buruk. Sehingga diperlukan pengujian

ash content. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Pemboran Minyak

Bumi Teknik Perminyakan Trisakti mengguanakan standar ASTM D 482.

G. Alur Pengambilan Data

Menyiapkan Alat dan Bahan

Mengkondensasi uap hasil pirolisis

sehingga menjadi cairan

Kesimpulan

Mulai

Selesai

SintNaosit

Melakukan proses pirolisis isotermal dengan

memanaskan sampah padat perkotaan pada suhu yang

ditentukan didalam ruang vakum

Pengambilan data:

1. Waktu yang dibutuhkan dalam proses pirolisis

2. Kualitas dan kuantitas bio-oil yang dihasilkan

Pengujian karak;teristik bio-oil : Viskositas,

densitas, titik nyala, nilai kalor, dan

komposisi

Menganalisis

Gambar 3.18 Alur pengambilan data

64

H. Variabel Pengujian

Variabel pengujian merupakan variasi sampel pengujian yang akan

dilaksanakan dengan beberapa variabel tetap dan variabel berubah. Untuk bisa

mendapatkan karakteristik pirolisis terbaik proses pirolisis berkatalis sistem

isotermal. Variasi tersebut dapat dilihat pada tabel 3.2.

Tabel 3.1 Variasi Percobaan

No Variabel Variasi Proses

1 Temperatur (o C) 300°C dan 400°C

2 Waktu Reaksi

(Menit) 60 menit

3 Kadar Air Sampah 8-15 %

4 Ukuran Partikel

Sampah 0,5-2 cm

5 Katalis Zeolit Alam Lampung dan Kaolin.

Tabel 3.2 Tabel Percobaan Katalis kaolin

No Temperatur

(oC)

Time

Reaksi

(menit)

Kadar

Air

(%)

Massa Bahan

Baku (gram)

Massa

Katalis

(Gram)

Massa

bio-oil

1 300, 400 - - 500 125

2 300, 400 - - 500 250

3 300, 400 - - 500 375

4 300, 400 - - 500 500

Tabel 3.3 Tabel Percobaan Katalis Zeolit Alam Lampung Teraktivasi

No Temperatur

(oC)

Time

Reaksi

(menit)

Kadar

Air

(%)

Massa Bahan

Baku (gram)

Massa

Katalis

(Gram)

Massa

bio-oil

1 300, 400 - - 500 125

2 300, 400 - - 500 250

3 300, 400 - - 500 375

4 300, 400 - - 500 500

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan terhadap sampah real kota Bandar

Lampung dengan mengacu pada hasil pengambilan data dan pengujian

laboratorium. Dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Dengan kehadiran katalis kaolin dengan konsentrasi 1:4 dapat mempercepat

proses dekomposisi termal dengan ditunjukkan dari hasil produk bio-oil

yang hampir sama dengan selisih 0,8% antara pengujian termal pirolisis

bertemperatur 400ºC dengan pirolisis berkatalis kaolin 300ºC, sehingga

dengan kehadiran katalis dapat menurunkan kebutuhan energi untuk proses

pirolisis.

2. Pada kondisis operasi yang sama antara termal pirolisis dengan pirolisis

berkatalis temperatur 400ºC konsentrasi 1:2, katalis membantu dalam proses

pembentukan fraksi hidrokarbon bio-oil menjadi fraksi hidrokarbon ikatan

yang lebih pendek sehingga menjadi fraksi hidrokarbon ringan.

3. Hasil pengujian menunjukan katalis kaolin mempunyai aktivitas cracking

yang lebih baik dibandingkan katalis zeolit bila dilihat dengan hasil mass

yield bio-oil tertinggi katalis zeolit berada pada pengujian 400ºC konsentrasi

1:2 dan untuk mass yield bio-oil katalis kaolin yang mempunyai kualitas dan

kualitas terbaik berada pada pengujian 300ºC konsentrasi 1:4.

128

4. Dengan rendemen tertinggi 21,4% pada pengujian zeolit konsentrasi 1:2

dengan asumsi kandungan air sampah 60%, sampah kota Bandar Lampung

dapat dikonversikan menjadi bahan bakar cair ± 64,2 ton bahan bakar

cair/hari (79494,8 Liter/hari).

B. Saran

Untuk meningkatkan kualitas bio-oil siap pakai dan untuk realisasi dalam

pengolahan sampah kota, perlu adanya perbaikan-perbaikan yang harus

dilakukan, diantaranya:

1. Perlu dilakukan beberapa pengujian laboratorium untuk melengkapi

parameter-parameter bahan bakar cair, yaitu meliputi pengujian nilai kalor,

sulfur content, octane number, cetane number, dan pour point.

2. Perlu dilakukan pengujian reforming katalis untuk meningkatkan kualitas

produk bio-oil supaya dapat meminimalisis terbawanya katalis kedalam bio-

oil.

3. Perlu dilakukan rancangan ulang dengan sistem kontinu untuk keperluan

aplikasi di tempat pembuangan sampah.

4. Perlu dilakukan destilasi lanjut hasil bio-oil pirolisis untuk pemurnian

kandungan minyak berdasarkan fraksi hidrokarbon.

DAFTAR PUSTAKA

A. López., et al, 2010, “Pyrolysis of municipal plastic wastes: Influence of raw

material composition”, Waste Management, V. 30, P. 620–627

Agung P., Gandidi, I. M. 2012, “Emission Factor of Single Pellet Cake Seed

Jatropha Curcas in a Fix Bed Reactor” J. of the Braz. Soc. of Mech. Sci. &

Eng.

Alexandra Le Courtois., 2012, “Municipal Solid Waste: turning a problem into

resource”, Waste: the challenges facing developing countries, Urban

Specialist, World Bank, www.proparco.fr

Aquado, J., Serrano, D.P., et al. 1997. ”Feedstock Reclycling of Plastic Waste”.

UK:Royal Society of Chemistry.

Basu, Prabir. 2010, “Biomass Gasification and Pyrolysis: Practical Design and

Theory”, Academic Press, Elsevier.

Bergman., et al, 2005, “Torrefaction for biomass upgrading”, Published at 14th

European Biomass Conference & Exhibition, Paris, France.

Bridgeman. T.G., et al, 2008, “Torrefaction of reed canary grass, wheat straw

and willow to enhance solid fuel qualities and combustion properties”, Fuel,

V. 87, P. 844–856.

BSNI 3242, 2008, “Pengelolaan Sampah Pemukiman” Badan Standardisasi

Nasional.

Carrier., et all. 2016. “Thermogravimetric Analis as a New Method to Determine

the Lignocellulosic Composition of Biomass”. Aston University:

Sciencedirect.

Chevron. 2007. “Diesel Fuel Technical Review”. U.S.A. Global Marketing

Chevron

Ciolkosz, D. 2011, “A review of torrefaction for bioenergy feedstock production”,

Society of Chemical Industry and John Wiley & Sons, Ltd.

CV Minatama. 2013. “Liquid Zeolit Alam Lampung untuk kesehatan”. Bandar

Lampung.

Damayanthi dan Martini. 2012. “Proses Pembuatan Bahan Bakar Cair dengan

Memanfaatkan Limbah dan Bekas Menggunakan Katalis Zeolit Y dan ZSM-

5”. Semarang: Universitas Diponegoro.

DICLA, 2013, “Biogas”, Training Centre, South Africa.

Funda Ates., et al, 2013, “Comparision of real waste (MSW and MPW) pyrolysis

in batch reactor over different catalysts. Part I: Product yields, gas and

pyrolysis oil properties”, Bioresource Technology, V. 133, P. 443–454

Gandidi, I. M., dkk, 2011, “Biodryer untuk Pengeringan Hasil Pertanian dan

Perkebunan”, Jurnal Mekanikal, Jurusan Mesin, Unila.

Handayani., Utami S. 2008. “Pemanfaatan Bio-Ethanol Sebagai Bahan Bakar

Pengganti bensin”. Semarang: Teknik Mesin Universitas Diponegoro.

Hansen, A.C., Zhang, Q., Lyne, P.W.L., 2005. “Ethanol-diesel fuel blend-A

review”. Bioresource Technology, 96, 277-285.

Hariyadi., N.P. 2007. “Pemanfaatan Sampah Organik Menjadi Bio-gasolin”.

Denpasar: Teknik Mesin Universitas Udayana.

Karlsson, J., 2013, “Evaluation of Torrefaction Pilot Plant in Klintehamn,

Gotland”, Department of Chemical Engineering, Lund University, Sweden.

Knoef, H. Ed., 2005, “Handbook Biomass Gasification”, BTG Biomass

Technology Group.

Kricka, T., et al, 2010, “Higher heating values estimation of horticultural biomass

from their proximate and ultimate analyses data”, Journal of Food,

Agriculture & Environment, V.8, P. 767-771.

Kumar. A., et all, 2009, “Thermochemical Biomass Gasification: A Review of the

Current Status of the Technology”, Energies, V. 2, P. 556-581.

Lee, K.-H., 2009. “Thermal and Catalytic Degradation of Waste HDPE”. In: J.

Scheirs (Ed.) feedstock recycling and pyrolysis of waste plastics. John

Wiley & Sons, West Sussex, UK, pp. 129-160.

Liu, X., He, Wang, Y. Zhu, S. Piao, X. 2008. Transesterifikasi of soybean oil to

biodiesel using CaO as A solid base catalyst.

Luo, Xuon., 2011, “Torrefaction of biomass – a comparative and kinetic study of

thermal decomposition for Norway spruce stump, poplar and fuel tree

chips”, SLU, Swedish University of Agricultural Sciences, Faculty of

Natural Resources and Agricultural.

McKendry, Peter 2002a. “Energy production from biomass (part 1): overview of

biomass”, Bioresource Technology, V. 83, P. 37–46.

M. Saiful Islam., et al, 2010,”Production of Bio-Oil from Municipal Solid Waste”,

Bangladesh J. Sci. In, V. 45, P. 91-94

Min Song., et al, 2014, “The pyrolysis of multi-component municipal solid waste

in fixed bed reactor for activated carbon production”, Journal of Analytical

and Applied Pyrolysis, V. 109, P. 278–282

Neves. Daniel., et al, 2011, “Characterization and prediction of biomass pyrolysis

products”, Progress in Energy and Combustion Science, V. 37, P. 611-630.

Nina Susilo, 2011, “Jumlah Penduduk Indonesia 259 Juta”, Koran Kompas, Senin, 19

September 2011

Norbert Miskolczi., et al, 2013, “Comparison of real waste (MSW and MPW)

pyrolysis in batch reactor over different catalysts. Part II: Contaminants,

char and pyrolysis oil properties”, Bioresource Technology, V. 144, P. 370–

379

Ohliger, A., et all, 2012, “Torrefaction of beechwood: A parametric study

including heat of reaction and grindability”, Fuel Journal.

Panda., Achyut K. et all. 2013. “Experimental Optimization of Process for The

Thermo-Catalytic Degradation of Waste Polypropylene to Liquid Fuel”.

Odhisa: Centurion University of Technology and Management.

Pasek., dkk, 2007, “Laporan Akhir Studi Kelayakan Pembangkit Listrik dengan

Bahan Bakar Sampah di Kota Bandung”, Lembaga Penelitian dan

Pengabdian kepada Masyarakat, Institut Teknologi Bandung.

Peter McKendry, 2002b, “Energy production from biomass (part 2): conversion

technologies”, Bioresource Technology, V. 83, P. 47–54.

Preto. Fernando., 2008, “Pyrolysis, Char and Energy”, CanmetENERGY, Natural

Resources Canada, Inaugural Meeting, The Canadian Biochar Initiative, Ste

Anne de Bellevue.

Ralph P. Overend, 2012, Thermochemical Conversion of Biomass, Renewable

Energy Sources Charged with Energy from the Sun and Originated from

Earth-Moon Interaction, Volume I.

Ramaswamy. 2003. “Shape Selective Catalys Over Zeolites”. Pune: University Of

Pune.

Sadaka. S., et al, 2009,” Improvements of Biomass Physical and Thermochemical

Characteristics via Torrefaction Process”, Environmental Progress &

Sustainable Energy, V. 28, No. 3.

Setyawan D., P. Handoko. 2003. “Aktivasi Zeolit Cr/Zeolit dalam Reaksi Konversi

katalik Fenol dan Metil Isobuton Keton”. Jurnal ilmu dasar. Vol 4.(2) :

hal.70-76.

Shusheng Pang, 2012, “Overview of Up-To-Date, Progresses and Chalenges in

Biomass Gasification”, Wood Technology Research Centre, Department of

Chemical and Process Engineering, University of Canterbury, New Zealand.

Sridhar. G., et all, 2007, “Torrefaction of Bamboo”, 15th

European Biomass

Conference & Exhibition, Berlin, Germany.

Sudarno., et all. 2014. “Analisis Termogravi terhadap Pembakaran Pelet

Biomassa Campuran”. Surakarta: Universitas Sebelas Maret.

Sukardjo. 2002. “Kimia Fisika”. Yogyakarta : Bina Aksara.

Susanto, Herry., 2005, “Pengujian PLTD Gasifikasi Sekam 100kW di Haurgeolis”

Indramayu, Program Studi Teknik Kimia, FTI-ITB.

Ternan., et all. 2003. “Preparation of High Porosity Catalys”. Ottawa: Ontario

KIA 0GI.

Tumuluru, J. S., et al, 2011, Review on ;Biomass Torrefaction Process and

Product properties and Design of Moving Bed Torrefaction System Model

Development”, ASABE Annual International, Meeting, Louisville,

Kentucky.

Verma. M., et all, 2012, “Biofuels Production from Biomass by Thermochemical

Conversion Technologies: a Review Article, International Journal of

Chemical Engineering, 18 pages.

Wiratmaja. I Gede., 2010. “ Pengujian Karakteristik Fisika Biogasolin sebagai

Bahan Bakar Alternatif Pengganti ensin Murni”. Denpasar : Teknik Mesin

Universitas Udayana.

Yang. H., et al, 2007, “Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin

pyrolysis”, Fuel, V. 86. P. 1781–1788.

Yeliana., Adnyana. 2004. “ Bahan Bakar dan Teknik Pembakaran Bahan Bakar”.

Denpasar : Teknik Mesin Universitas Udayana.

ZiaHaq, 2002, “Biomass for Electricity Generation”, Energy Information

Administration, Annual Energy Outlook, Washington, DC.